文档介绍：.
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振动与冲击
第 28卷第 9期 JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK Vol. 28 No. 9 2009
旋转机械振动信号形态滤波器的设计与分析
杜必强 1 , 唐贵基 1 , 石俊杰 2
(1. 华北电力大学能源与动力工程学院,河北省保定市 071003;
2. 信息产业部电信研究院保定泰尔通信设备抗震研究所,河北省保定市 071051)
摘要: 对实测采样振动信号的滤波处理,验证了形态滤波器在抑制信号干扰、保留信号原有特征方面的作用。
定量分析了形态滤波器设计中结构元素的形状、宽度、幅值等因素对形态滤波器性能的影响程度以及振动信号的采样频
率对结构元素尺寸的影响,并根据数据分析结果得出了在对旋转机械振动信号进行降噪滤波处理时,形态滤波器中结构
元素的形状及尺寸的一般设计规律。
关键词: 旋转机械;振动信号;形态滤波器;结构元素;采样频率
中图分类号: TK288 文献标识码: A
数学形态学是建立在积分几何和随机集论等严格由式(1)和( 2)可引出 f ( n) 关于 g ( n) 的开运算
数学理论基础上的一门密切联系实际的数学方法[ 1 ] 。( )和闭运算( · )的定义分别为:
在数学形态学的基础上, G. Matheron 和 J. Serra 等( f g) ( n) = ( Θf g g) ( n) (3)
人[ 2 ]在 80年代初提出了形态滤波理论。作为一种非( f· g) ( n) = ( f gΘg) ( n) (4)
线性滤波器,形态滤波器可以有效地提取信号的边缘 1 2 形态滤波器
轮廓以及信号的形状特征。较之其它非线性滤波器, 开运算和闭运算是形态滤波器中最常用的 2个算
形态滤波器在具有平移不变性、单调性、幂等性等特子,以不同的方式对信号进行平滑[ 7 ] 。开运算可以过
性[ 3 ]的基础上,更具有计算简单、运行速度快的突出优滤信号上方的峰值(正脉冲)噪声, 闭运算则可以平滑
点。因此一些学者开始将形态滤波器引入到旋转机械或抑制信号下方的低谷(负脉冲)噪声。为了同时去除
的含噪采样振动信号降噪滤波处理中[ 4 - 7 ] ,但对影响信号中正、负 2种噪声, Maragos通过以不同顺序级联
形态滤波器滤波性能的主要因素还缺少系统的描述与开、闭运算,构造了一类形态开- 闭 Foc、闭- 开滤波器
[ 8 - 9 ]
分析。 Fco ,分别定义为:
本文在分析形态滤波器基本原理的基础上,对影 Foc ( f ( n) ) = ( f g· g) ( n) (5)
响滤波器性能的各种因素进行了定量分析得出了应
, Fco ( f ( n) ) = ( f· g g) ( n) (6)
用于旋转机械振动信号处理的形态滤波器的结构元素由于开运算的收缩性和闭运算的扩张性, 该类滤
的一般设计思路。波器在应用中存在统计偏倚现象, 从而直接影响了滤
波效果[ 10 ] 。为了有效抑制信号中的各种噪声成分, 本
1 形态滤波器基本原理
文采用这 2种滤波器的平均组合形式[ 10 ] , 用于振动信
1 1 数学形态学基本算法号的降噪