一种基于信号频域特征的振动源识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于信号频域特征的振动源识别方法及系统，方法获取当前振动源在多个报警点的振动信号，对各振动信号进行预处理，根据标准信号对各振动信号进行能量检测，得到当前振动源的识别信号，根据信号频域特征获取各识别信号与不同工况下的标准信号的相关系数，在识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值时，将当前振动源识别为敲击振动源。系统包括振动信号获取单元、预处理单元、能量检测单元、相关系数获取单元及敲击振动源识别单元。本发明专利技术能够根据信号频域特征准确的识别出敲击振动信号，且识别过程快速且有效，为控制中心提供了可靠的振动源判定基础，使得控制中心能够根据振动源的类型做出准确及时的响应。

Vibration source identification method and system based on signal frequency domain characteristic

The present invention provides a system and vibration source identification signal based on frequency domain features, methods to obtain the current vibration source in multiple alarm point vibration signal, the vibration signal is preprocessed according to the standard signal energy detection of the vibration signal, the vibration source identification signal, according to the correlation coefficient of the standard the signal recognition and signal under different working conditions to acquire the signal frequency domain characteristics, in recognition signal in acoustic vibration signal and the acoustic vibration signal more than the number of second threshold, the current vibration source identification for percussion vibration source. The system includes a vibration signal acquisition unit, a preprocessing unit, an energy detection unit, a correlation coefficient acquisition unit and a knock vibration source identification unit. The invention can according to the identification signal frequency characteristics of exact acoustic vibration signal, and the recognition process is rapid and effective, provide a reliable basis for determining the source of vibration as the control center, the control center can make accurate and timely response according to the type of vibration source.

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号频域特征的振动源识别方法及系统
本专利技术涉及振动源识别
，具体涉及一种基于信号频域特征的振动源识别方法及系统。
技术介绍
随着全球经济的迅猛发展，社会对能源尤其是油气资源的需求量日趋增加。在国家能源战略中，油气储运的建设和发展关系到为国民经济建设和社会发展提供长期、稳定、经济、安全的能源保障的战略全局。如今，地下油气输送管道已成为能源运输的大动脉，管道安全保护的问题也日益突出地摆在人们面前。管道一旦泄漏极易发生爆炸，不仅影响能源的正常运输，还将给国家和人民群众的生命、财产造成巨大损失。因此，对管道安全的预警系统有广泛的应用背景。传感技术、计算机技术、信号处理技术等的不断发展使振源识别越来越受到广泛地关注。在运用光纤传感系统进行实时监控的基础上，对所检测到的振动信号进行分类、识别，明确引起振动的外部事件源，更加有利于监管部门进行合理决策。面对大量复杂的振动信号，如何准确识别目标振源是安全预警系统研究的难点。振源识别是基于振源的行为和振动信号的属性特征，以计算机为工具，采用一定识别算法理论，建立振动信号和振动源对应关系的一门技术。光纤预警系统对光纤管道采集到的振动信号进行处理和识别，并根据振动信号的特征确定破坏事件的类型并进行安全预警，从而实现保障油气管道安全，防患于未然的目的。现有的研究存在的主要问题是缺乏合适的振动源识别方法，因此，需要建立一种有效的振动源识别方法来实现振动信号的识别，以降低振源识别的错误率。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于信号频域特征的振动源识别方法及系统，能够根据信号频域特征准确的识别出敲击振动信号，且识别过程快速且有效，为控制中心提供了可靠地振动源判定基础，使得控制中心能够根据振动源的类型，做出准确且及时的响应。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种基于信号频域特征的振动源识别方法，所述方法包括：步骤1.获取当前振动源在多个报警点的振动信号；步骤2.对各振动信号进行预处理，使得各振动信号均与标准信号的尺度相同；步骤3.根据标准信号对各所述振动信号进行能量检测，筛除能量检测结果超出第一阈值范围的振动信号，得到当前振动源的识别信号；步骤4.根据信号频域特征获取各所述识别信号与不同工况下的标准信号的相关系数；步骤5.若经判断得知识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值，则将当前振动源识别为敲击振动源。进一步的，所述步骤1包括：在光纤传感系统的各报警点检测到振动源时，接收各报警点发送的振动信号，其中，各报警点的设置位置不同。进一步的，所述步骤2包括：步骤2-1.将当前振动信号带入预处理模型中，其中，所述预处理模型如式(1)所示：f2(t)＝f1(at)(1)其中，f1为振动信号，f2为标准信号，t为时间，a为当前振动信号的尺度变换系数；步骤2-2.根据所述预处理模型对各振动信号进行预处理，使得当前振动信号与所述标准信号的尺度相同。进一步的，所述步骤2-2包括：步骤2-2a.将f2(t)和f1(at)转换至对数坐标系；步骤2-2b.将转换至对数坐标系的f2(t)和f1(at)进行傅里叶变换，以及根据傅里叶变换的时移特性，获取当前振动信号的尺度变换系数a的取值；步骤2-2c.将当前振动信号的尺度变换系数a带入所述预处理模型，对各振动信号进行预处理，使得当前振动信号与所述标准信号的尺度相同。进一步的，所述步骤2-2还包括：步骤2-2d.若经判断得知当前振动信号的尺度变换系数a的取值在0.5<a<1.5的范围内；则对当前振动信号进行反向尺度变换。进一步的，所述步骤3包括：步骤3-1.分别获取各所述振动信号的信号能量E1以及所述标准信号的信号能量E2；步骤3-2.计算得到E1与E2的比值B，并比较所述比值B与第一阈值范围b，其中，0.1<b<10；若所述比值B超出第一阈值范围，则进入步骤3-3；若所述比值B未超出第一阈值范围，则步骤3-4；步骤3-3.筛除所述比值B超出第一阈值范围的振动信号，进入步骤3-4；步骤3-4.将未被筛除的各振动信号确认为当前振动源的识别信号。进一步的，所述步骤4包括：步骤4-1.对当前振动源的各识别信号及不同工况对应的标准信号进行快速傅里叶变换；步骤4-2.根据信号频域特征对各识别信号及不同工况对应的标准信号进行归一化的相关系数求解，其中，频域的相关系数ρf:xy如式(2)所示：式(2)中，X(ω)为识别信号的傅里叶变换结果，Y(ω)为不同工况对应的标准信号的傅里叶变换结果，其中，所述工况中包括敲击工况。进一步的，所述步骤5包括：步骤5-1.根据当前识别信号与不同工况对应的标准信号的相关系数的取值，确定当前识别信号的工况类型；步骤5-2.若经判断得知识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值，则将当前振动源识别为敲击振动源。进一步的，所述步骤5-2包括：判断所述敲击振动信号的数量是否超过第二阈值，其中，所述第二阈值为大于1的正整数；若所述敲击振动信号的数量超过第二阈值，则将当前振动源识别为敲击振动源；否则，将当前振动源识别为非敲击造成的人工振动源。另一方面，本专利技术还提供了一种基于信号频域特征的振动源识别系统，所述系统包括：振动信号获取单元，用于获取当前振动源在多个监测点的振动信号；预处理单元，用于对各振动信号进行预处理，使得各振动信号均与标准信号的尺度相同；能量检测单元，用于根据标准信号对各所述振动信号进行能量检测，筛除能量检测结果超出第一阈值范围的振动信号，得到当前振动源的识别信号；相关系数获取单元，用于根据信号频域特征获取各所述识别信号与不同工况下的标准信号的相关系数；敲击振动源识别单元，用于若经判断得知识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值，则将当前振动源识别为敲击振动源。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种基于信号频域特征的振动源识别方法及系统，方法获取当前振动源在多个报警点的振动信号，对各振动信号进行预处理，根据标准信号对各振动信号进行能量检测，得到当前振动源的识别信号，根据信号频域特征获取各识别信号与不同工况下的标准信号的相关系数，在识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值时，将当前振动源识别为敲击振动源；能够根据信号频域特征准确的识别出敲击振动信号，且识别过程快速且有效，为控制中心提供了可靠的振动源判定基础，使得控制中心能够根据振动源的类型做出准确及时的响应。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一的一种基于信号频域特征的振动源识别方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例二的识别方法中步骤200的一种具体实施方式的流程示意图；图3是本专利技术实施例三的识别方法中步骤202的一种具体实施方式的流程示意图；图4是本专利技术实施例四的识别方法中步骤300的一种具体实施方式的流程示意图；图5是本专利技术实施例五的识别方法中步骤400的一种具体实施方式的流程示意图；图6是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信号频域特征的振动源识别方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1.获取当前振动源在多个报警点的振动信号；步骤2.对各振动信号进行预处理，使得各振动信号均与标准信号的尺度相同；步骤3.根据标准信号对各所述振动信号进行能量检测，筛除能量检测结果超出第一阈值范围的振动信号，得到当前振动源的识别信号；步骤4.根据信号频域特征获取各所述识别信号与不同工况下的标准信号的相关系数；步骤5.若经判断得知识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值，则将当前振动源识别为敲击振动源。

【技术特征摘要】
1.一种基于信号频域特征的振动源识别方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1.获取当前振动源在多个报警点的振动信号；步骤2.对各振动信号进行预处理，使得各振动信号均与标准信号的尺度相同；步骤3.根据标准信号对各所述振动信号进行能量检测，筛除能量检测结果超出第一阈值范围的振动信号，得到当前振动源的识别信号；步骤4.根据信号频域特征获取各所述识别信号与不同工况下的标准信号的相关系数；步骤5.若经判断得知识别信号中有敲击振动信号且该敲击振动信号的数量多于第二阈值，则将当前振动源识别为敲击振动源。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：在光纤传感系统的各报警点检测到振动源时，接收各报警点发送的振动信号，其中，各报警点的设置位置不同。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2-1.将当前振动信号带入预处理模型中，其中，所述预处理模型如式(1)所示：f2(t)＝f1(at)(1)其中，f1为振动信号，f2为标准信号，t为时间，a为当前振动信号的尺度变换系数；步骤2-2.根据所述预处理模型对各振动信号进行预处理，使得当前振动信号与所述标准信号的尺度相同。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2-2包括：步骤2-2a.将f2(t)和f1(at)转换至对数坐标系；步骤2-2b.将转换至对数坐标系的f2(t)和f1(at)进行傅里叶变换，以及根据傅里叶变换的时移特性，获取当前振动信号的尺度变换系数a的取值；步骤2-2c.将当前振动信号的尺度变换系数a带入所述预处理模型，对各振动信号进行预处理，使得当前振动信号与所述标准信号的尺度相同。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤2-2还包括：步骤2-2d.若经判断得知当前振动信号的尺度变换系数a的取值在0.5<a<1.5的范围内；则对当前振动信号进行反向尺度变换。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3-1.分别获取各所述振动信号的信号能量E1以及所述标准信号的信号能量E2；步骤3-2.计算得到E1与E2的比值B，并比较所述比值B与第一阈值范围b，其中，0.1<b<10；若所述比值B超出第一阈值范围，则进入步骤3-3；若所述比值B未超出第一阈值范围，则步骤3-4；步骤3-3.筛除所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲洪权，孙成斌，盛智勇，杨丹，郑彤，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11