第7期 韩立静等：基于灰度击中击不中变换的故障特征提取方法 ·839· 中击不中变换的结果如图4(b)所示.选为识别目 间段的波形进行削波检测，识别效果如图5所示 标的四段波形全部被检出，并且计算结果为1，达到 可以看出大部分具有削波特征的波形段被识别出， 最大击中程度.仍然使用该结构元素对，对其他时 验证了方法的有效性 1.2 (a) 击不中结构元 1.0 0.8 山中结构元 0.4 0 40 数据点编号 数据点缤号 图4击中击不中变换结果.(a)结构元素对：(b)击中程度 Fig.4 Results of the hit-or-miss transform:(a)structure element pairs:(b)hit degree 10 60 80 21 40 60 11 数据点编号 数据点编号 图5其他击中击不中变换结果.(a)实例1：(b)实例2 Fig.5 Other results of the hit-or-miss transform:(a)Case 1;(b)Case 2 2.2冲击特征提取 个冲击信号造成的尖峰存在.以图6(b)中椭圆标 在Bently RK4转子试验台上进行试验，转子 识的两个冲击波形为识别目标，结构元素对的长 的转频为20Hz,采样频率为8kHz,采样点数为 度为11个采样点，通过式(6)计算得出的结构元 8192.在转子试验台上附加冲击信号，使转子每 素对如图7(a)所示，冲击特征的提取结果如图7 转一周就会受到两次冲击.图6是转子受冲击的 (b)所示.可以清晰地看出各冲击尖峰出现的位 位移（电压）信号.从时域图中可以看到转频为20 置，在1s内出现了40次冲击，与转频的2倍完全 Hz的谐波成分，并且在每个波峰的两边分别有一 吻合 0.2 0.2b) 0.1 01 0 -01 0.2 -0.2 10002000300040005000600070008000 0 20030040050060070080( 数据点缩号 数据点编号 图6转子受冲击的信号.(a)时域图：(b)时域放大图 Fig.6 Impulsive signal of the rotator:(a)time domain waveform:(b)local waveform 为了将灰度击中击不中变换提取出的冲击特征 3结论 与应用传统线性小波方法的效果进行对比，对转子 信号利用d4小波进行四层分解，将第4层小波细 (1)提出一种新的时域故障特征提取方法.对 节系数重构，如图8所示.从图8中可以看出其具 于具有特定几何形态的故障特征，无需计算故障的 有冲击成分，但是1s内只出现了20次明显的冲击. 频率特性，可以应用灰度击中击不中变换，通过一对 这是因为原始信号中波峰左边的冲击特征较不明 结构元素与特征波形的匹配对比，直接从时域波形 显，线性小波变换未能有效提取 进行提取，符合人工分析信号的思路，算法直观易理第 7 期 韩立静等: 基于灰度击中击不中变换的故障特征提取方法 中击不中变换的结果如图 4( b) 所示． 选为识别目 标的四段波形全部被检出，并且计算结果为 1，达到 最大击中程度． 仍然使用该结构元素对，对其他时 间段的波形进行削波检测，识别效果如图 5 所示． 可以看出大部分具有削波特征的波形段被识别出， 验证了方法的有效性． 图 4 击中击不中变换结果． ( a) 结构元素对; ( b) 击中程度 Fig． 4 Results of the hit-or-miss transform: ( a) structure element pairs; ( b) hit degree 图 5 其他击中击不中变换结果． ( a) 实例 1; ( b) 实例 2 Fig． 5 Other results of the hit-or-miss transform: ( a) Case 1; ( b) Case 2 2. 2 冲击特征提取 在 Bently RK--4 转子试验台上进行试验，转子 的转频 为 20 Hz，采 样 频 率 为 8 kHz，采 样 点 数 为 8 192． 在转子试验台上附加冲击信号，使转子每 转一周就会受到两次冲击． 图 6 是转子受冲击的 位移( 电压) 信号． 从时域图中可以看到转频为 20 Hz 的谐波成分，并且在每个波峰的两边分别有一 个冲击信号造成的尖峰存在． 以图 6( b) 中椭圆标 识的两个冲击波形为识别目标，结构元素对的长 度为 11 个采样点，通过式( 6) 计算得出的结构元 素对如图 7( a) 所示，冲击特征的提取结果如图 7 ( b) 所示． 可以清晰地看出各冲击尖峰出现的位 置，在 1 s 内出现了 40 次冲击，与转频的 2 倍完全 吻合． 图 6 转子受冲击的信号． ( a) 时域图; ( b) 时域放大图 Fig． 6 Impulsive signal of the rotator: ( a) time domain waveform; ( b) local waveform 为了将灰度击中击不中变换提取出的冲击特征 与应用传统线性小波方法的效果进行对比，对转子 信号利用 db4 小波进行四层分解，将第 4 层小波细 节系数重构，如图 8 所示． 从图 8 中可以看出其具 有冲击成分，但是 1 s 内只出现了 20 次明显的冲击． 这是因为原始信号中波峰左边的冲击特征较不明 显，线性小波变换未能有效提取． 3 结论 ( 1) 提出一种新的时域故障特征提取方法． 对 于具有特定几何形态的故障特征，无需计算故障的 频率特性，可以应用灰度击中击不中变换，通过一对 结构元素与特征波形的匹配对比，直接从时域波形 进行提取，符合人工分析信号的思路，算法直观易理 ·839·