电机振动速度双通道频域积分校准方法、装置及系统与流程

本技术涉及信号处理，尤其涉及一种电机振动速度双通道频域积分校准方法、装置及系统。

背景技术：

1、在电机、抽油机等旋转机械的工业预测性维护体系中，设备表面振动速度是评价机械运行状态、识别早期故障的核心监测参数，其中振动速度均方根值vrms为iso 10816振动烈度评级标准的关键量化指标，可有效支撑轴承磨损、转子不平衡、轴系不对中等典型早期故障的诊断识别。目前工业现场普遍通过在旋转机械表面布设加速度传感器采集振动信号，并对时域加速度离散序列进行一阶数值积分，进而获取符合国际标准的振动速度指标，实现设备振动状态的常态化监测。

2、然而，现有旋转机械振动速度求解及传感器校准方案在低功耗边缘端工业应用场景中，仍存在诸多技术缺陷与应用瓶颈，难以兼顾边缘低算力约束、信号重构精度与长期在线校准需求。传统低功耗微处理器在开展加速度信号频域积分处理时，多采用单侧正频率区间积分算子完成运算，该处理方式破坏了离散频谱正负频率区间的严格共轭对称特性，致使频域积分后的速度频谱经逆傅里叶变换重构得到的时域速度信号存在虚部残留，若直接舍弃虚部分量，将导致时域速度信号出现相位偏移、幅值失真等问题，严重降低振动速度重构精度。

3、与此同时，为抑制有限长信号截断引发的频谱泄露问题，现有频域分析过程普遍会对原始加速度离散序列进行加窗预处理，但加窗操作在优化频谱特性的同时会造成信号整体能量衰减，导致重构的振动速度有效值幅值偏低，直接影响设备振动故障报警判定的准确性与可靠性。

4、除此之外，工业现场高温、高湿、长期高频振动等复杂工况，会造成加速度传感器电压灵敏度随运行时长逐渐退化，引发传感器测量特性漂移。受限于边缘端微处理器低功耗、低算力的硬件约束，现有边缘节点仅能实现低精度时域积分与粗略特征值估算，无法完成高精度信号解算，导致边缘端持续上报的振动速度特征值随传感器老化出现单调偏移、数值发散等问题。且现有传感器校准方案多为离线静态校准模式，需依托标准振动台施加固定激励信号完成校准，无法适配工业设备长期连续运行的工况需求，难以实现原位在线动态校准。而若持续传输边缘端高频原始加速度波形数据至中心平台进行高精度运算，又会极大占用无线传输带宽，增加系统通信负荷，无法适配工业现场规模化、常态化的监测应用场景。

5、综上，目前亟需一种适配低功耗边缘端、可实现高精度无失真速度信号重构、能量无损补偿且能够抑制传感器性能退化的自适应原位在线校准监测技术。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电机振动速度双通道频域积分校准方法、装置及系统，以解决上述现有技术中存在的至少一个问题。

2、第一方面，提供了一种电机振动速度双通道频域积分校准方法，应用于中心服务端，所述方法，包括：

3、获取边缘端发送的待测电机对应的原始振动速度有效值，其中，所述原始振动速度有效值由所述边缘端按照预设采样频率采集并缓存待测电机的加速度原始信号后，按照预设时间窗从对应加速度原始信号中提取得到；

4、周期性获取所述边缘端缓存的加速度原始信号序列，通过共轭对称频域积分重构得到时域速度重构信号，并换算得到标准振动速度有效值；

5、基于所述标准振动速度有效值与所述原始振动速度有效值，得到校正系数；

6、将所述校正系数下发至所述边缘端，以供所述边缘端基于所述校正系数对实时输出的振动速度进行动态校准。

7、在一可能的实施方式中，所述原始振动速度有效值由所述边缘端基于非迭代代数点乘解析算法进行积分零点漂移的秒级纠偏提取得到，所述秒级纠偏包括：

8、通过时域零速更新死区门控判断当前待测电机是否处于停止状态；

9、若是，则强制输出时域速度重构信号为零；

10、若否，则在频域中对加速度原始信号序列执行基于tikhonov正则化的代数点乘运算以重构速度频谱；

11、当低频截止区段内的能量占比不低于预设比例时，触发积分硬拒判逻辑以规避积分饱和；

12、在低频截止区段内的能量占比低于预设比例时，在时域采用汉宁窗对重构的时域速度信号进行增量补偿并输出原始振动速度有效值。

13、在一可能的实施方式中，所述通过共轭对称频域积分重构得到时域速度重构信号，包括：

14、对当前周期内获取的加速度原始信号序列进行频域特征提取，得到加速度频域复数谱；

15、基于正负频率共轭对称关系，对所述加速度频域复数谱进行补全，得到速度频域复数谱；

16、对所述速度频域复数谱进行逆傅里叶变换，得到所述时域速度重构信号。

17、在一可能的实施方式中，所述基于正负频率共轭对称关系，对所述加速度频域复数谱进行补全，得到速度频域复数谱，包括：

18、将所述加速度频域复数谱中直流分量、奈奎斯特频率分量对应的频谱幅值置零；

19、针对全部正频率区间内的加速度频谱分量，结合对应角频率逐点开展频域积分换算，得到各正频率点对应的速度频谱分量；

20、对全部负频率区间，基于实数信号频谱正负频率共轭对称特性，取对应正频率速度频谱的共轭值进行赋值填充，补全所有负频率速度频谱分量，形成所述速度频域复数谱。

21、在一可能的实施方式中，所述对当前周期内获取的加速度原始信号序列进行频域特征提取，得到加速度频域复数谱，包括：

22、对当前周期内获取的所述加速度原始信号序列执行汉宁窗加窗处理，得到加窗平滑后的时域加速度序列；

23、基于所述加窗平滑后的时域加速度序列执行离散傅里叶变换，生成加速度频域复数谱。

24、在一可能的实施方式中，所述换算得到标准振动速度有效值，包括：

25、计算所述时域速度重构信号对应的时域均方根；

26、基于预设能量恢复补偿系数对所述时域均方根进行能量等效校正，得到所述标准振动速度有效值。

27、在一可能的实施方式中，所述基于所述标准振动速度有效值与所述原始振动速度有效值，得到校正系数，包括：

28、基于所述标准振动速度有效值与所述原始振动速度有效值之间的比值，得到当前周期对应的瞬时偏差系数；

29、在预设滑动窗口内对多组瞬时偏差系数执行中位数滤波，得到稳定的校正系数。

30、在一可能的实施方式中，所述将所述校正系数下发至所述边缘端之后，所述边缘终端采用经校正系数校准后的电机振动速度有效值，与预设振动报警阈值进行超限判断，若所述校准后的电机振动速度有效值超过所述预设振动报警阈值，则输出电机振动异常告警。

31、第二方面，提供了一种电机振动速度双通道频域积分校准系统，应用于中心服务端，所述系统，包括：

32、原始振动速度有效值获取单元，用于获取边缘端发送的待测电机对应的原始振动速度有效值，其中，所述原始振动速度有效值由所述边缘端按照预设采样频率采集并缓存待测电机的加速度原始信号后，按照预设时间窗从对应加速度原始信号中提取得到；

33、标准振动速度有效值获取单元，用于周期性获取所述边缘端缓存的加速度原始信号序列，通过共轭对称频域积分重构得到时域速度重构信号，并换算得到标准振动速度有效值；

34、校正系数生成单元，用于基于所述标准振动速度有效值与所述原始振动速度有效值，得到校正系数；

35、校准单元，用于将所述校正系数下发至所述边缘端，以供所述边缘端基于所述校正系数对实时输出的振动速度进行动态校准。

36、在一可能的实施方式中，所述原始振动速度有效值由所述边缘端基于非迭代代数点乘解析算法进行积分零点漂移的秒级纠偏后提取得到，所述秒级纠偏包括：

37、通过时域零速更新死区门控判断当前待测电机为非停止状态时，在频域对加速度原始信号序列执行基于tikhonov正则化的代数点乘运算以重构速度频谱，并在低频截止区段内的能量占比不低于预设比例时触发积分硬拒判以舍弃本次计算，在低频截止区段内的能量占比低于预设比例时基于汉宁窗增量补偿输出时域纠偏速度。

38、第三方面，提供了一种电机振动速度双通道频域积分校准系统，包括：所述系统包括中心服务端与至少一个边缘端；各边缘端刚性安装于待测电机轴承座外壳，并与中心服务端建立通信连接；

39、所述边缘端，用于以预设采样频率采集并本地缓存待测电机的加速度原始信号，按预设时间窗对缓存信号轻量化运算以提取原始振动速度有效值，并将该原始振动速度有效值上传至中心服务端，且所述边缘端在对缓存信号轻量化运算时，基于时域零速更新死区门控判定待测电机状态是否为停止状态，若是则强制输出时域速度重构信号为零，若否则对加速度原始信号执行频域tikhonov正则化代数点乘重构，并在低频截止能量占比不低于预设比例时触发积分硬拒判以舍弃本次计算，在低频截止能量占比低于预设比例时基于汉宁窗增量补偿输出原始振动速度有效值；

40、所述中心服务端包括上述所述的电机振动速度双通道频域积分校准装置，用于周期性获取边缘端缓存的加速度原始信号序列，通过共轭对称频域积分算法重构时域速度信号并换算得到标准振动速度有效值；再结合标准振动速度有效值与边缘端上传的原始振动速度有效值计算校正系数，并将该校正系数下发至对应边缘端，使边缘端依据校正系数对实时输出的振动速度测量值完成动态校准。

41、上述电机振动速度双通道频域积分校准方法、装置及系统，其方法实现，包括：获取边缘端发送的待测电机对应的原始振动速度有效值，其中，所述原始振动速度有效值由所述边缘端按照预设采样频率采集并缓存待测电机的加速度原始信号后，按照预设时间窗从对应加速度原始信号中提取得到；周期性获取所述边缘端缓存的加速度原始信号序列，通过共轭对称频域积分重构得到时域速度重构信号，并换算得到标准振动速度有效值；基于所述标准振动速度有效值与所述原始振动速度有效值，得到校正系数；将所述校正系数下发至所述边缘端，以供所述边缘端基于所述校正系数对实时输出的振动速度进行动态校准。在本技术实施例中，通过边缘端本地实时采集缓存加速度原始信号、秒级轻量化提取振动速度有效值，配合服务端周期性获取原始信号序列并依托共轭对称频域积分完成高精度速度重构，构建形成边缘粗测、中心精校的双通道协同监测机制，有效兼顾了边缘端低功耗运行需求与设备振动监测精度要求；通过标准重构振动速度有效值与边缘本地输出有效值的偏差比对生成动态校正系数，并以参数下发闭环方式完成边缘端测量结果的实时校准修正，能够持续抵消工业复杂工况下加速度传感器性能退化带来的测量单调漂移与衰减误差，从运行机制上实现了传感器测量精度的原位在线自愈校正，无需停机校准与额外标准激励设备，大幅降低现场运维成本与网络传输带宽压力；同时，经本方法校准后的振动速度数值精度更高、稳定性更强，可精准匹配振动烈度评判标准进行故障阈值判定，有效规避传统固定参数测量方式存在的长期精度偏移、故障误判及漏判问题，显著提升了旋转机械振动状态监测与预测性维护的准确性、可靠性与长期稳定性。