设备故障诊断-现代信号处理方法论述.ppt

机械设备故障诊断技术 ----现代信号处理方法 大连海事大学 轮机工程学院 李国宾 2012.04 现代信号处理方法 小波分析 数学形态学分析 非线性时间序列分析 傅里叶变换的本质 傅里叶变换的基本思想：将信号分解成一系列不同频率的连续正弦波的叠加 或者说，将信号从时间域转换到频率域 傅里叶变换的本质 傅里叶变换的本质 傅里叶变换的本质 傅里叶变换的本质 傅里叶变换的本质 傅里叶变换存在的问题 傅里叶变换存在的问题 丢掉了时间信息，无法根据傅立叶变换的结果判断一个特定信号在什么时候发生 单一的频率分辨率 傅里叶变换的频率分辨率=fs/N 傅里叶变换的频率分辨率在信号的低频段和高频段是不变的，无法兼顾低频和高频的特征信息 譬如：低频段：要区分10Hz和11Hz，频率分辨率必须1Hz 高频段：100,000Hz和100,001Hz本质上没有区别，频 率分辨率取1000Hz也可 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法---短时傅里叶变换 解决办法 现代信号处理方法 小波分析 数学形态学分析 非线性时间序列分析 连续小波 连续小波---运算过程示意图 连续小波---实例分析 连续小波---实例分析 离散小波 连续小波变换(CWT)：尺度a及时间τ的取值连续变化，计算量很大 小波包 小波包 小波包 故障诊断中的应用---轴承内圈剥落 故障诊断中的应用 故障诊断中的应用---轴承外圈剥落 小 结 现代信号处理方法 小波分析 数学形态学分析 非线性时间序列分析 数学形态学 数学形态学 基本思想：用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状，以达到对图像分析和识别的目的 数学形态学---发展历史 60年代：孕育和形成 1964年诞生巴黎矿业学院的J. Serra 在其导师G.Matheron指导下做岩相学分析，J. Serra开发了第一个“纹理分析器”，提出了“击中击不中变换” G.Matheron在更为理论的层面上引入了形态开的表达式，建立了颗粒分析方法 1966年正式命名为Mathematical Morphology。 1968年成立枫丹白露数学形态学研究中心。 数学形态学---发展历史 70年代：充实和发展 1970年，纹理分析器经过4次改型，被德国Wild-Letiz公司购买，投入商业运营，是当时最重要的图像分析系统之一 1975年，Matheron出版了《随机集和积分几何》，奠定了形态学的理论基础，并将面向集合的方法拓展到数值函数分析领域。 尚未引起信号与图像处理界的重视使用和了解纹理分析系统的用户多为自然科学家。从反面说明，70年代初期使用MM的学者们具有独立思维 数学形态学---发展历史 80年代：成熟和对外开放 1982年，Serra出版了《Image Analysis and Mathematical Morphology》第一卷，S.R.Sternberg将数学形态学方法用于视觉产品开发中，并将数学形态学介绍到美国学术界 1983年，在格论基础上建立了形态学方法的数学基础为了将面向集合的算子拓宽到数值函数领域，一些概念需要用新的符号来表述，MM的基本定理的核心最终被简化到完备格结构。形态学滤波器的概念正式提出 1985年，《Image Analysis and Mathematical Morphology》第二卷出版 1986年，加强了对形态学算法的研究，提高了算法效率 数学形态学---发展历史 90年代 致力于运动分析，包括编码与运动景物描述 算法与硬件结构的协调发展 用于处理数值函数的形态学算子的开发与设计 数学形态学---发展历史 数学形态学---发展历史 数学形态学---两个关键要素 基本思想：是用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的 数学形态学---两个关键 数学形态学---两个关键 基本思想：是用具有一定形态的结构元素去度量和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的 数学形态学---两个关键 数学形态学---两个关键 数学形态学---故障诊