一种轴承故障特征提取的方法、装置、设备以及存储介质

技术特征：
1.一种轴承故障特征提取的方法，其特征在于，包括：采集轴承振动信号，并对所述轴承振动信号进行加窗截取；利用katz方法计算所截取轴承振动信号的分形维数值；根据所述分形维数值跟踪所述轴承振动信号中轴承故障产生的冲击位置，并提取冲击位置的包络线；计算每个包络线的平均值和标准偏差，基于所述平均值和标准偏差计算包络信号的峰值；将所述包络信号的峰值与标准偏差差值小于1的所述包络信号的峰值置为1，剩余的包络信号为轴承故障特征。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用katz方法计算所截取轴承振动信号的分形维数值包括：根据所述轴承振动信号s＝{s1,s2,...,s
n
}，计算连续信号之间的欧式距离为：其中，n为轴承振动信号中采样点的总数，s
i
为振动信号中的任意点，其s
i
坐标为(x
i
,y
i
),i＝1,2,...,n；根据所述连续信号之间的欧式距离，计算波形的平面范围d和曲线的总长度l，其计算公式为：公式为：通过所述连续信号之间的平均距离a来规范化所述曲线的总长度l和所述波形的平面范围d，并利用katzfd的数学定义公式范围d，并利用katzfd的数学定义公式计算分形维数：其中，k＝n-1为曲线中的步数，a＝l/k。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述分形维数值跟踪所述轴承振动信号中轴承故障产生的冲击位置，并提取冲击位置的包络线包括：根据所述分形维数值确定移动窗口的宽度；利用所述移动窗口从始至终截取所述轴承振动信号，得到多个信号段；计算每个轴承振动段的分形维数值；将所有信号段的分形维数值进行拼接得到所述短时分形维数序列。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述移动窗口从始至终截取所述轴承振动信号，得到多个信号段包括：所述多个轴承振动段构成的矩阵为：
其中，sw
m
为每个信号段，n
win
为窗口长度，n
win
＝int(αf
s
)，int(.)为值的整数部分，α为预设常数，f
s
为波形的采样频率。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所有信号段的分形维数值进行拼接得到所述短时分形维数序列包括：计算每个信号段的分形维度值，得到短时分形维数向量：stfd＝[stfd(1),stfd(2),...，stfd(m)，...，]；将其转换为所述短时分形维数序列：stfd＝stfd
original-min 1；其中，向量stfd
original
为计算的信号stfd序列，min为与stfd
original
长度相同的最小分量，1为与stfd
original
长度相同的单位向量，stfd为得到的stfd序列。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述包络信号的峰值与标准偏差差值小于1的所述包络信号的峰值置为1，剩余的包络信号为轴承故障特征包括：定义峰值搜索算法的公式：其中，μ为信号x(t)的平均值，σ为信号x(t)的标准偏差，e{.}是数学期望算子，x(t)＝s(t) i(t)＝a
mp
e-βt
sinω
r
t a
i
cosω
i
t；其中，a
mp
为脉冲的振动幅值，ω
r
为脉冲的振动频率，a
i
为干扰的振动振幅，ω
i
为干扰的振动频率；计算每个信号的标准偏差σ和峰值k；判断振幅是否大于等于1 σ，若振幅大于等于1 σ，则振幅保持不变，若振幅小于1 σ，则将振幅置为1；判断两次迭代的峰值差是否满足预设值，若满足则停止计算峰值，若不满足，则继续迭代；直至所有信号计算完成，停止迭代，得到轴承振动故障特征。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述峰值搜索算法的计算步骤为：s71：初始化，令i＝1，s72：计算信号段x(i)的标准偏差σ
i
和峰值k
i
；s73：判断所述信号段内的振幅是否大于等于1 σ
i
；s74：若大于等于1 σ
i
，则所述振幅保持不变；若小于1 σ
i
，则令振幅置为1；s75：判断i≥n，若成立，则停止迭代；s76：若不成立，则判断是否满足|k
i-k
i-1
|≤ε，若满足，则停止计算k
i-k
i-1
，其中ε为阈值最小常数；s77：若不满足，则令i＝i 1，返回步骤s72。8.一种轴承故障特征提取的装置，其特征在于，包括：采集信号模块，用于采集轴承振动信号，对所述轴承振动信号进行加窗截取；计算分形维数模块，用于利用katz方法计算所截取轴承振动信号的分形维数值；
提取包络模块，用于根据所述分形维数值跟踪所述轴承振动信号中轴承故障产生的冲击位置，并提取冲击位置的包络线；计算峰值模块，用于计算每个包络线的平均值和标准偏差，基于所述平均值和标准偏差计算包络信号的峰值；抑制干扰模块，用于将所述包络信号的峰值与标准偏差差值小于1的所述包络信号的峰值置为1，剩余的包络信号为轴承故障特征。9.一种轴承故障特征提取的设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述一种轴承故障特征提取的方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述一种轴承故障特征提取的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种轴承故障特征提取的方法、装置、设备以及计算机存储介质，包括采集轴承振动信号，并对轴承振动信号进行加窗截取；利用Katz方法计算截取信号片段的分形维数值；根据分形维数值跟踪轴承振动信号中轴承故障产生的冲击位置，提取冲击位置的包络线；进一步地根据峰值搜索算法对包络线进行去除干扰，得到轴承振动故障特征。本发明通过分形维数将轴承的振动序列转化为短时分形维数序列，并且在转换过程中对其他的干扰信号进行抑制，将轴承故障的信号更加突出，抑制干扰信号，最后根据峰值搜索算法将所有信号进行处理，进一步抑制干扰信号对轴承故障信号的影响，更加突显轴承故障信号。承故障信号。承故障信号。


技术研发人员：石娟娟 孙依萌 黄伟国 沈长青 朱忠奎
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2022/12/5