本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理技術(shù)，具體涉及在頻譜質(zhì)量好的情況下測量物體的振動基頻的方法。

背景技術(shù)：

振動基頻是各種物體的一個重要物理參數(shù)，能夠反映物體或者物理結(jié)構(gòu)的物理狀態(tài)和特性。對振動基頻的測量被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康檢測、物體探傷等。測量物體的振動基頻的通常方法是，首先使用傳感器以一定的采樣頻率測量物體的物理量(例如加速度、速度或者位移等)，然后對測得的物理量做快速傅里葉變換(FFT)而得到FFT功率譜，最后從FFT功率譜中人工識別出物體的振動基頻。這種人工識別振動基頻的方式比較麻煩，依賴于個人的經(jīng)驗，而且結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠在頻譜質(zhì)量好的情況下自動地而且比較準(zhǔn)確地測量物體的振動基頻的方法。

根據(jù)本發(fā)明，一種在頻譜質(zhì)量好的情況下測量物體的振動基頻的方法包括以下步驟：

使用傳感器以采樣頻率r測量物體的物理量，其中r在該物體的振動基頻的10倍到50倍之間；

對該物理量做快速傅里葉變換(FFT)，得到FFT功率譜，其中，F(xiàn)FT運算點數(shù)N不小于4096；

對FFT功率譜進行預(yù)處理，得到FFT功率譜中的峰值功率譜；以及

對于循環(huán)變量u＝1,2,…,p的每一個取值，其中p為得到的FFT功率譜中的峰值功率譜中的峰值的數(shù)量，按以下方式執(zhí)行一輪循環(huán)操作，除非在下述條件下提前退出循環(huán)：找出FFT功率譜中的峰值功率譜中幅度最大的u個頻點n₁,n₂,…,n_u，將這u個頻點兩兩做差，得到個頻點，將這個頻點連同原始的u個頻點n₁,n₂,…,n_u一共個頻點從小到大排序，得到排序后的頻點m_i(i＝1,2,…,)；從m₁開始遍歷這些排序后的頻點，對于遍歷的每一個頻點m_i，計算匹配度其中W為最接近的整數(shù)，并設(shè)置相應(yīng)的匹配值y_i,j(j＝1,2,…,u)，若x_i,j大于預(yù)定匹配閾值σ，其中0<σ≤0.1，則y_i,j＝0，否則y_i,j＝1，然后計算基頻相似度若z_i小于預(yù)定相似度閾值R，其中0.5<R<1，則繼續(xù)遍歷，否則停止遍歷，并提前退出循環(huán)，確定當(dāng)前遍歷的頻點m_i為候選振動基頻點x₂，通過運算而得到該物體的候選振動基頻f₂。

本發(fā)明能夠在頻譜質(zhì)量好的情況下以較高精度自動測量物體的振動基頻，而不需要人工識別基頻。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的在頻譜質(zhì)量好的情況下測量物體的振動基頻的方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參照圖1詳細描述根據(jù)本發(fā)明的在頻譜質(zhì)量好的情況下測量物體的振動基頻的方法的各個步驟。

如圖1所示，在步驟S1，使用傳感器以采樣頻率r測量物體的物理量(例如加速度、速度或者位移等)，其中r在該物體的振動基頻的10倍到50倍之間。在步驟S2，對該物理量做快速傅里葉變換(FFT)，得到FFT功率譜，其中，F(xiàn)FT運算點數(shù)N不小于4096。這里，為了保證本發(fā)明的測量方法的準(zhǔn)確性，對采樣頻率r和FFT運算點數(shù)N的取值范圍進行了限定。

在步驟S3，對FFT功率譜進行預(yù)處理，得到FFT功率譜中的峰值功率譜。步驟S3的主要目的是找到FFT功率譜中突出的峰值。通常情況下，物體的振動基頻或其高次諧波會在FFT功率譜中的峰值位置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，步驟S3可通過多種方式來實現(xiàn)。例如，步驟S3可包括：掃描FFT功率譜，如果掃描到的頻點是極大值點，則不作處理，否則直接置零，從而在掃描完畢后得到FFT功率譜中的峰值功率譜。

可替換地，步驟S3可包括：

對FFT功率譜進行滑動平均處理，得到FFT平滑功率譜，其中滑動平均處理所取的窗口寬度為5～20個頻點，從而能夠顯著降低FFT功率譜中干擾峰值的影響；

將FFT平滑功率譜的第1點到第M-1點直接置零(由于頻譜中低頻段的峰值會降低振動基頻測量的準(zhǔn)確度，這樣處理可排除低頻段的峰值的影響)，其中M為之間的整數(shù)(一般取一個較小的整數(shù)，例如)；

從第M點到第N點掃描FFT平滑功率譜，保留FFT平滑功率譜中的所有極大值點，其他非極大值點全部置零；

再次從第1點到第N點掃描FFT平滑功率譜中的所有非零點，按以下方式得到FFT功率譜中的峰值功率譜：設(shè)第k點為當(dāng)前掃描的非零點，k-1點為上一個掃描的非零點，k+1為下一個掃描的非零點，若第k點的幅度大于第k-1點的幅度和第k+1點的幅度或者第k點與最近非零點的距離不小于預(yù)定距離閾值D，其中D為之間的整數(shù)(一般取一個與M接近的整數(shù))，則不做處理而繼續(xù)掃描第k+1點，否則將第k點置零(這樣處理的目的是去除在FFT功率譜中距離很接近的兩個峰值中的幅度較小者，這是因為兩個很接近的峰值會影響振動基頻測量的準(zhǔn)確度)。

在步驟S4，采用頻率匹配法，得到該物體的候選振動基頻f₂。具體地說，對于循環(huán)變量u＝1,2,…,p的每一個取值，其中p為在步驟S3得到的FFT功率譜中的峰值功率譜中的峰值的數(shù)量，按以下方式執(zhí)行一輪循環(huán)操作，除非在下述條件下提前退出循環(huán)：找出FFT功率譜中的峰值功率譜中幅度最大的u個頻點n₁,n₂,…,n_u，將這u個頻點兩兩做差，得到個頻點，將這個頻點連同原始的u個頻點n₁,n₂,…,n_u一共個頻點從小到大排序，得到排序后的頻點m_i(i＝1,2,…,)；從m₁開始遍歷這些排序后的頻點，對于遍歷的每一個頻點m_i，計算匹配度其中W為最接近的整數(shù)，并設(shè)置相應(yīng)的匹配值y_i,j(j＝1,2,…,u)，若x_i,j大于預(yù)定匹配閾值σ，其中0<σ≤0.1(σ一般取一個接近0的數(shù)，例如0.01)，則y_i,j＝0，否則y_i,j＝1，然后計算基頻相似度若z_i小于預(yù)定相似度閾值R，其中0.5<R<1(R一般取一個接近1的數(shù)，例如0.75)，則繼續(xù)遍歷，否則停止遍歷，并提前退出循環(huán)，確定當(dāng)前遍歷的頻點m_i為候選振動基頻點x₂，通過運算而得到該物體的候選振動基頻f₂。

可選地，為了提高本發(fā)明的測量方法的準(zhǔn)確度，可以在步驟S4之后，采用窗口加權(quán)法得到該物體的候選振動基頻f₁，并比較候選振動基頻f₁與候選振動基頻f₂以確定候選振動基頻f₁或f₂為該物體的振動基頻(步驟S5)。

具體地說，步驟S5可包括：

對于頻點x＝M,M+1,…,的每一個取值，其中M為之間的整數(shù)(一般取一個較小的整數(shù)，例如)，按以下方式得到相應(yīng)的評估參數(shù)E_x：在第x點，第2x點，第3x點，…，第x點處(即頻點x及其各次諧波處)，以頻點為中心設(shè)置一種中心為最大值1而邊緣為最小值0的窗口(例如矩形窗、三角窗、余弦窗等)，該窗口的寬度為之間的整數(shù)(一般取一個較小的整數(shù)，例如)；將在步驟S3得到的FFT功率譜中的峰值功率譜與該窗口相乘，得到FFT窗口加權(quán)功率譜；將FFT窗口加權(quán)功率譜中的非零幅度值累加后除以得到評估參數(shù)E_x；

找到E_x(x＝M,M+1,…,)中的最大值E_xmax，將E_xmax所對應(yīng)的頻點作為候選振動基頻點x₁，并通過運算而得到該物體的候選振動基頻f₁；

比較候選振動基頻f₁與候選振動基頻f₂，若滿足其中V為最接近的整數(shù)，則確定候選振動基頻f₂為該物體的振動基頻，否則確定候選振動基頻f₁為該物體的振動基頻。

以上描述了本發(fā)明的實施例，上述說明僅是示例性的，而非限制性的?；谏鲜稣f明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易想到對本發(fā)明的實施例的各種修改和變更，這些修改和變更都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。