专利名称：单周期波形检测分析方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量、控制领域的一种方法及系统，尤其涉及应用在各种周期性振动场合下检测分析振动全谐波波形的方法及系统；通过其某一分析结果的输出也可成为控制系统的组成部分。
背景技术：
对于各种周期性振动场合的谐波分析，国内外都使用快速富里埃展开(FFT)技术，把时域内的各种周期性振动分解为基波与若干阶次的谐波分量之和；而后依各种不同目的，或将若干阶次的谐波分量分成各个区域不同加权后与基波叠加，作综合性效果分析处理；或将其中某特定的阶次的谐波分量抽出，作局部性效果分析处理。典型的有日本横河(yokogawa)公司OR300E手持式波形记录仪。现有技术缺乏对各种周期性振动波形作单周期全谐波波形的单纯性效果分析处理方法与装置。
快速富里埃展开(FFT技术)，把时域内的各种周期性振动分解为基波与若干阶次的谐波分量之和，或称非规则的波形分解成规则的谐波分量之和，即认为非规则的波形是由多个不同的规则波形叠加而成的；是一种“代数式”的方法。但任一规则的谐波都是由振幅、频率、相位等以某三角函数规律构成的。FFT技术虽然把非规则转化成规则的三角函数规律以利作频谱分析，但它缺乏对非规则单周期中各个构成特征参数作非规律性考察。

发明内容
本发明专利的目的是提供一种对各种周期性振动全谐波波形作单周期波形的单纯性效果分析处理方法与装置。
本发明专利的目的是这样实现的分析处理器先对传感器采集的测量记录波形进行去随机误差滤波；分析处理器再对周期性全谐波波形作识别，识别出周期性振动波形的基本波形类型；依识别的不同类型基本波形(如正弦波、方波、三角波、锯齿波等)构成参数的特征，在选定的单周期全谐波波形上抽取这识别基本波形的构成参数；依抽取的构成参数构筑该类型基本波形的标准波形；利用标准波形与本周期全谐波波形叠加后所显示的差别，实现测录全谐波波形的单纯性效果分析处理(或系统误差分析)。
本发明从构成周期性波形的各种特征参数角度出发，认为非规则的周期性波形不是多个不同的规则波形叠加而成的(FFT)，而是构成基本波形函数规律中单一或若干个特征参数的非规则性造成的；是一种“几何式”的方法。这是区别于FFT技术的根本之处。
因此，本发明可做FFT技术根本无法进行的、对构成函数规律的各个特征参数单独进行考察分析。如误差分析、个别特征参数畸变程度等，及可进一步分析引起特征参数变化的原因及规律，称其为单纯性效果分析处理。这是FFT技术所不具备的优点。


图1本发明实施例的测量位移的硬件原理图。
图2本发明实施例标准波形的构成参数抽取方法示意图。
图3本发明单周期波形检测分析方法的主要流程图。
具体实施例方式
请参阅图1，本发明单周期波形检测分析装置包括如下硬件设备位移传感器1将产生的位移y转换成模拟电信号11，输出给数据采集系统2；数据采集系统2将模拟电信号11转换成数字信号21，输出给分析处理器3显示、分析并存储。分析处理器3对测量的波形进行识别、滤去随机误差、抽取构成参数、构筑标准波形、进行单纯性效果分析处理；而后将分析处理数据结果及相应图像输出显示、存储、打印。
由于周期性波形种类繁多几乎是无限的，而周期性基本波形种类是有限的，周期性基本波形是可以用数学解析表达的，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等，及其有限叠加。根据已知的产生位移规律基本波形，或为某个目标选定的位移规律基本波形，或根据测录显示的位移波形作数理拟合而得的基本波形，等等，完成基本波形种类的识别，以确定基本波形的类别。以上滤波、识别过程为现有技术，并不包括在本发明内容中。
请参阅图3，首先由传感器1采集后，测量记录的波形经过滤去随机误差后，得到周期性全谐波波形，本发明的方法包括如下步骤1)分析处理器3先对单周期全谐波波形作识别，识别出周期性振动波形的基本波形类型；2)依识别的不同类型基本波形构成参数的特征，在选定的单周期全谐波波形上有选择地逐一抽取这些识别基本波形的构成参数；直至抽取构成参数数量完备到可确定此基本波形；3)依抽取的构成参数构筑该类型基本波形的标准波形；4)将标准波形与被抽取构成参数的本周期全谐波波形叠加；5)根据标准波形与本周期测录全谐波波形叠加后所显示的各特征参数变化，进行本周期各特征参数的单纯性效果分析、或各种系统误差分析。
本发明实施例以已知产生位移规律是正弦波为例加以说明。请参阅图2，标号311为滤去随机误差后的周期性全谐波波形。
从检测的目标出发，在选定的单周期全谐波波形上一种抽取标准正弦波的构成参数的方法如下(从控制等目标出发的抽取方法可能会有所不同)b是正方向最大位移值，c是负方向最大位移值，依正弦波的振幅A＝0.5(b+c)，可得标准正弦波的振幅A值。同时可定时间坐标轴t的位置，这样时间坐标轴可在周期性全谐波波形311上截得标准正弦波在本周期的周期T值。有了标准正弦波的振幅A值和周期T值，就可依标准正弦波的数学解析表达式y＝Asin[(2π/T)t]根据以上表达式构筑标准正弦波波形312，进一步将它叠加到本周期全谐波波形311上。
标准正弦波的构成参数有多个振幅、周期、频率、相位，及延伸出去的半波参数等等，这需根据对测量中选定最可靠稳定的构成参数出发抽取，直至抽取构成参数数量完备到可确定标准波形。本实施例从测量对象中振幅为最可靠稳定的构成参数出发开始抽取，推得周期T值就可确定了标准波形。其他种类基本波形抽取方法也相似，以保证分析结果的可靠性。
若周期性全谐波波形311对时间t进行求导，可得周期性全谐波速度波形；再求导可得对应的全谐波加速度波形；如上所述，同样可抽取标准速度、加速度波形的构成参数；构筑标准速度、加速度正弦波波形。
图2同时也是本发明实施例的单纯性效果分析处理示例，表示的是本周期T单周期全谐波波形在时域上振幅发生变化的单纯性效果分析处理。
ai、dj为本周期全谐波波形上在时刻ti、tj的振幅，Ai、Aj为本周期标准波形上在时刻ti、tj的振幅。
这样可得本周期全谐波波形上振幅发生绝对误差为max(ai-Ai)、min(dj-Aj)，两者构成了本周期振幅变化的绝对误差带321；即ymax＝Asin[(2π/T)t]+max(ai-Ai)，ymin＝Asin[(2π/T)t]+min(dj-Aj)。
本周期全谐波波形上振幅发生相对误差为max[(ai-Ai)]/Ai]100％、min[(dj-Aj)]/Aj]100％，两者同样可构成本周期振幅变化的相对误差带。
对本周期全谐波波形振幅还可进行数理统计上的最小二乘法等分析处理，得平均振幅等不同意义的振幅，去构筑不同意义的标准正弦波波形。同样，对构筑标准波形其他构成参数的不同抽取法，也能构筑不同意义的标准波形。
同样，将本周期的周期T值与相邻、相隔周期的周期T值作比较，又可作出本周期性振动波形频率的加、减速或振荡状态单纯性效果分析处理。同样，将本周期的其他参数与相邻、相隔周期的对应参数作比较，又可作出另种意义的单纯性效果分析处理结果。
如将位移波形、速度波形、加速度波形做同一时刻ti的振幅、相位、周期等对应比较，又可引伸出各种概念的单纯性效果分析处理结果。
综上所述，本发明区别于别的周期性振动场合的谐波分析方法，始终基于单周期内分析处理各特征参数变化，并各特征参数都有其确切物理意义(是被测对象在被测试时状态，及被测对象的全部构成因素中不同组合的相关因素的作用结果)，故本发明称此种方法为单纯性效果分析。
以上介绍了以位移与时间构成的周期性振动波形的单纯性效果分析处理方法；它具有普遍意义，对温度等别的物理量、甚至任何可表示为周期性的波形都可作单周期的单纯性效果分析处理。
由于问题可数学处理，就可编程作为分析处理器3的一部分，完整单周期波形检测分析仪的系统功能。而后将分析处理数据结果及相应图像输出显示、存储、打印。
同样本发明的内容通过其某一实时分析结果的输出也可成为控制系统的组成部分；或别的相关系统的组成部分。但这些都已包含在本发明的权利要求之中了。
权利要求
1.一种对周期性振动波形作单周期全谐波波形单纯性效果分析处理的方法，其特征在于包括如下步骤1)由传感器采集后，测量记录的波形经过滤去随机误差后，得到周期性全谐波波形。2)分析处理器先对单周期全谐波波形作识别，识别出周期性振动波形的基本波形类型；3)依识别的不同类型基本波形构成参数的特征，在选定的单周期全谐波波形上有选择地逐一抽取这些识别基本波形的构成参数；直至抽取构成参数数量完备到可确定此基本波形；4)依抽取的构成参数构筑该类型基本波形的标准波形；5)将标准波形与被抽取构成参数的本周期全谐波波形叠加；6)根据标准波形与本周期测录全谐波波形叠加后所显示的各特征参数变化，进行本周期各特征参数的单纯性效果分析、或各种系统误差分析。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的基本波形为位移正弦波。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于在单周期全谐波波形上抽取正弦波振幅和周期构成参数，根据正弦波的数学解析表达式，构成标准位移正弦波。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于根据标准正弦波和全谐波波形比较，可得本周期全谐波波形上位移发生绝对误差的最大值和最小值，两者构成了本周期位移变化的绝对误差带。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于在第2)步之前包括对周期性全谐波波形进行求导的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在第2)步之前包括对周期性全谐波波形进行积分的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于对构筑标准波形构成参数分布先行数理统计上的最小二乘法等处理，得不同意义的间接构成参数，而后抽取间接构成参数以构筑不同意义的标准波形。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于构筑的标准波形与被抽取构成参数的本周期全谐波波形，经一定时间提前、或滞后等不同意义的叠加，而后作不同意义的比较。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括在周期性全谐波波形不同的周期分别构筑各自的单周期标准波形；而后对这些不同的周期进行同一构成参数特征的单纯性效果分析处理。
10.如权利要求1、5、6任意之一所述的方法，其特征在于进一步包括将周期性全谐波波形、与若干其数学处理产生的波形做同一时刻的同一构成参数特征的单纯性效果分析处理。
11.如权利要求1、9任意之一所述的方法，其特征在于进一步包括通过其某一实时单纯性效果分析结果的输出成为控制系统的组成部分。
12.一种可对周期性振动波形作单周期全谐波波形单纯性效果分析处理的系统，包括传感器，其将检测到的物理信号转换成模拟电信号并输出；数据采集系统，接收传感器的输出并将模拟电信号转换成数字信号并输出；分析处理器接收数据采集系统的信号，其特征在于分析处理器包括对测量记录的波形经过滤去随机误差后，得到周期性全谐波波形的滤波装置；对周期性全谐波波形作识别，识别出周期性振动波形的基本波形的识别装置；依识别的不同类型基本波形构成参数的特征，在选定的单周期全谐波波形上抽取这些已识别基本波形的构成参数；直至抽取构成参数数量完备到可确定此基本波形的参数抽取装置；依抽取的构成参数构筑该类型基本波形的标准波形的标准波形构筑装置；将标准波形与本周期全谐波波形叠加的波形叠加装置；根据标准波形与本周期全谐波波形叠加后所显示的各特征参数变化，进行本周期各特征参数单纯性效果分析、或各种系统误差分析的分析装置；将分析处理数据结果及相应图像输出到显示器、存储器、打印机的输出装置、或将某一实时单纯性效果分析结果输出到某控制系统的输出装置。
全文摘要
本发明涉及应用在各种周期性振动场合下检测分析振动全谐波波形的方法及系统，该方法通过对测录显示的单周期全谐波波形作识别；依识别的不同类型基本波形(如正弦波、方波、三角波、锯齿波等)构成参数的特征，在测录波形上抽取这些识别基本波形的构成参数；依抽取的构成参数构筑该类型基本波形的标准波形；利用标准波形与测录全谐波波形叠加后所显示的差别，结合被测对象在被测时状态及被测对象相关专业技术，分析测录波形畸变的状态及畸变的原因，或被测对象某一单一构造特征的状态及变化的原因规律，以实现测录全谐波波形的单纯性效果分析处理(或系统误差分析)。
文档编号G01R23/16GK1797011SQ200410093579
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者陈耀钧 申请人:陈耀钧