小波消噪及其在往复泵振动监测信号处理中的应用

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1、振动与冲击第!"卷第#期$%&’()*%+,-.’)/-%()(012%34,567!"(57##888!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"小波消噪及其在往复泵振动监测信号处理中的应用杨其俊裴峻峰孙辉［石油大学（华东）山东东营#9:8;#］（江苏石油化工学院）（胜利石油管理局采油工艺研究所）摘要采用浮动阀值分离噪声是小波分析中一个新的信号检测方法。本文在简述了小波分析及噪声分离的非线性小波理论的基础上，给出了从噪声污染信号中恢复原信号的实例。针对三缸往复泵测量信号非平稳时变特点

2、，研究了用小波消噪方法提取反映往复泵动力端状态的振动波形特征。通过对振动信号的波形特征提取表明，该方法能在很高的背景噪声下有效提取反映往复泵状态的有用信息。关键词：小波变换，信号处理，振动，监测，钻井泵中图分类号：/2!;98引言即#（!$，%）&’!$，（%"），（!"）(&)$)*!+##!（"*%）（!"）-"（!）在机械工况监测和故障诊断领域，信号波形突变$,$（锐变）点往往包含反映设备状态的重要信息，因此对式中!（"）为振荡衰减且具有紧支集的基本（母）小信号突变点的探测具有重要意义。目前，傅立叶变换波函数，$为尺度因子（$%8），%为平移因子。在工程在平稳振动信

3、号的处理中发挥了非常重要的作用。实际中，使用最为广泛的是离散二进小波变换，即取$而作为石油矿场上广泛使用的往复式钻井泵（简称往&#*.，%&/#*.，.，/&0，并为整数集合。复泵）等重要设备［!］，由于其结构及运动形态等比一在多分辨分析（H’)）的基础上，H?66?B给出了离散正交二进小波变换的金字塔算法［9］。该算法同样般的旋转机械复杂，除受一般的载荷作用外，还受不平衡惯性载荷及各种冲击载荷的作用等，因此振动监也适用于具有良好线性相位特性的双（偶）正交小波［#，9］。若!为信号的离散采样数据，1，则有测时测取的振动信号呈典型非平稳时变特点，且成分/8，/&!/复杂。而

4、信号中的突变成分往往反映了设备状态的信号分析公式为：重要信息，因此研究适合于往复泵的振动监测信号的1.，/&’1.*!，232*#/2处理方法具有重要意义。}（/&8，!，#，⋯5*!）（#）目前，小波分析［#<=（］>?@A6AB?C?6DEFE）已发展成为-.，/&’1.*!，242*#/2一个新的数学分支，成为国际上极为活跃的研究方向式中，!/为信号的离散采样数据，5为离散采样点数，之一。利用小波分析的多分辨分析思想，可以聚焦到3、4为滤波器脉冲响应（分解序列滤波器组系数），用信号的任意细节进行时频域处理，因此非常适合往复于信号的分解，.为分解的层数，1.，/为信号

5、的逼近系泵振动波形特征的提取。尤其是最近几年提出的噪数，-.，/为信号的细节系数。声分离非线性小波方法［G］，在从混有强噪声的信号中相应地有信号的重建（重构）公式为：1&167-46恢复原信号波形（“即信号提纯”）时取得了很明显的.*!，2’.，23/*#2’.，2/*#222效果，也为往复泵的状态特征的提取提供了一个更新（/&8，!，#，⋯5*!）（=）的方法。作者对此进行了研究，并取得了良好的效式中，36、46为滤波器的脉冲响应（重构序列滤波器系果。数），用于信号的重构。小波变换实质上是一种滤波运算，对重构信号或!小波分析理论及非线性浮动阀值小波消噪方法从信号综合的角

6、度而言，总是希望这种滤波运算产生的相位失真越小越好，这对突变信号的特征提取尤为!7!小波分析理论重要。正交小波尽管有很多优点，但紧支集小波却无连续信号（!"）的小波变换#（!$，%）定义为（!"）对称性。人们在小波框架理论的基础上，以’FAEI基与子小波函数!（"）复共轭#!（"）的卷积［#<=］，$，%$，%为基础，适当放宽了对正交性的要求，研究出了解决"收稿日万方数据期：!"""<8:<8"修改稿收到日期：!"""

7、$］。这样，信以信号能量为判据，采用*+,+-+浮动（软）阈值号可用偶基展开（分解），而不必按正交基展开（分（.+/010-23.-+456,7）作用于小波分解各尺度的数据［)］，将解），这同样可以实现信号的多分辨分析，并能严格保小于等于阀值的小波系数值视为(而舍去，由此给出证研究信号的广义线性相位。只是小波分解和小波!小波系数（细节）1/，0的估计值"/，0；分解后信号的重建要分别采用满足偶（双）正交的不（#）信号重构（重建）同的滤波器组系数!、"和!#、"#。根据尺度-信号的逼近系数和%至-尺度小波［!，’］%&!非线性浮