Embed Size (px)
Citation preview
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
:مدرس
مقداد خزایی
دانشجوی دکتری مکانیک بیوسیستم
دانشگاه تربیت مدرس
فرادرسپردازش سیگنال و کاربردهای آن برای مهندسین مکانیک
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
استخراج اطالعات آن: هدف اصلی از پردازش سیگنال
داده کاوی
مستقیمصورتبهتوانندنمیدیگریپردازندهسیگنالهرخروجییاموجکتبدیلضرایب.شونداستفادهثانویهتحلیلوتجزیههایروشوبندهاطبقهورودیعنوانبه
یرتعبمعموالوگیرندمیبردرراخامهایدادهازبزرگیبسیارگروهمقادیراینکهچرا.ندارندنیزخاصیفیزیکی-ریاضی
ستندهریاضیتعبیردارایکهسیگنالهایشاخصازتعدادیتااستالزمدلیلهمینبهکهبعدیمراحلبرایوکردهاستخراجراهستندآنهایویژگیبرایمناسبیمعرفو
.جستبهرهآنهاازاست،سیگنالشناساییهمانا
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403استخراج ویژگی
شودمیگفتهکاویدادهها،سیگنالازپنهاناطالعاتاستخراجفرآیندبه.
میانجامهاسیگنالازهاویژگیبرخیاستخراجواعمالطریقازاطالعاتاستخراجاین.شود
هایهپردازندسیگنالهایخروجیمقادیررویبرکههستندتوابعیواقعدرهاویژگیاین.شوندمیتعریففرکانس-زمانوفرکانسزمان،یحوزههرسه
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403استخراج ویژگی
باعثداده،کاهشراایدادهفضایخوبیبهتواندمیخالقانهوخوبویژگیاستخراجیک.شوددقتافزایشمجموعدروکمترمحاسباتبابهترنتایجبهرسیدنوزماندرجوییصرفه
مراحلترینمهمازیکیکیفیدیدگاهازچهوکمیدیدگاهازچههاویژگیصحیحانتخاب.رودمیشماربهسیگنالپردازشفرآیند
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403استخراج ویژگی از دیدگاه کمی و کیفی
خوبیبهسیگنالیکحآالتوخواصتاشودمیباعثعمالهاویژگیکمتعدادانتخاب.شدقائلتمایزیمتفاوتسیگنالدوبیننتواننتیجهدرونشودبرجسته
دستهباطالعاتتحلیلوتجزیهدرتاشودمیباعثنیزویژگیتوابعفراوانتعدادانتخاب.شودایجادسردرگمیآمده
نمودبینیپیشدقتبهراسیگنالیکرفتارتواننمیمجدداحالتایندر.
باشندنشدهاستخراجهممناسبیهایویژگیکهشودمیتشدیدهنگامیایراداین.
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
بایدهکمعنابدین.استبرخوردارحیاتیاهمیتیازشدهانتخابهایویژگیکیفیتهمچنین.باشدمفیدسیگنالنوعآنشناساییبرایکهشودانتخابهایویژگی
:مثال
دراست،بمناسهایویژگیضربهفاکتوروکرتوسیسدارندایضربهماهیتکههاییسیگنالشناساییبرای.رودنمیشماربهمناسبویژگییکمیانگینکهحالی
میزانوانگینمیهستند،طوالنیگذاریاپایدارحالتیکبهمربوطکههاییسیگنالرفتارپایشبرایمقابلدر.روندمیشماربهمناسبیهایویژگیسیگنالموثر
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
0.10.2
0.30.4
0.50.6
0.70.8
0
0.1
0.2
0.3
0.4
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
F3
a
F5
F11
Normal
Overloading
Overheating
0
20
40
60
80
100
120
-150
-100
-50
0
50
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
F9
b
F24
F25
Normal
Overloading
Overheatingفرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
0.10.2
0.30.4
0.50.6
0.70.8
0
0.1
0.2
0.3
0.4
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
F3
a
F5
F11
Normal
Overloading
Overheating
0
20
40
60
80
100
120
-150
-100
-50
0
50
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
F9
b
F24
F25
Normal
Overloading
Overheatingفرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
(Mean)میانگین -1
.استگذارتاثیرسیگنالدامنهکلیمیانگینبرعیببروزکهمواردیدر:کاربرد
هادندهجعبهصدایبرعیوببروزتاثیر
خودروهاتعلیقسیستمدرعیببروز
9
توابع ویژگی مهم
11
( )N
nx n
F MeanN
:باشیمداشتههرگاه
X(n):سیگنالیکمقدار
N:زمانطولدرسیگنالیکنقاطتعداد فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm94032- سیگنال دامنه بیشینه(Max)
دارندنوسانیحالتموجیهایسیگنال.
کندنمیتغییریچندانیااستثابتآنهامیانگینمواقعاکثردربنابراین.
استمهمبسیارمابرایسیگنالیبیشینهمیزانسوییاز
شودیممشخصسیگنالمجازیبیشینهآستانه،حدیکتعیینبامواردازبسیاریدر
قطعهبازرسیوتعمیر:آستانهحدازارتعاشاتتجاوز:مثال
استانداردتوسطشدنرد:خودرودراتاقداخلصدایبیشینهتجاوز
10
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
تجاوز بیشینه ی دامنه ی سیگنال ارتعاشی از محدوده ی مجاز11
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
جذر میانگین مربعات-3
Root Mean Square (RMS)
دهدمینشانراسیگنالیکموثرمیزان.
:سادهمثلثاتیهایسیگنالبرای
12
RMS ( signal ) 0.707 * Max ( signal )
2
12
( ( ))N
nx n
F RMSN
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
انحراف از معیار-3
Standard Deviation (STD)
دهدمینشانرامیانگینبهنسبتسیگنالمقادیرپراکندگیمیزان.
سیگنالثرمومیزانومعیارازانحرافکند،میلصفرسمتبهسیگنالمیانگینکههنگامی
.شوندمیبرابرهمبا
13
2
1( ( ) ( ( )))
( ( ))1
N
nx n Mean X n
STD X nN
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
انحراف از معیار-3
Standard Deviation (STD)
دهدمینشانرامیانگینبهنسبتسیگنالمقادیرپراکندگیمیزان.
سیگنالثرمومیزانومعیارازانحرافکند،میلصفرسمتبهسیگنالمیانگینکههنگامی
.شوندمیبرابرهمبا
14
2
1( ( ) ( ( )))
( ( ))1
N
nx n Mean X n
STD X nN
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
فاکتور ضربه-4
Impulse Factor
15
کندمیبیانراسیگنالیکایضربهماهیت.
داردبسزاییاهمیتهاسیگنالایضربهرفتارپایشدر.
داردکاربردبسیارگذراوزیادتغییراتدارایهایسیگنالپایشبرای.
شودمیمشکلدچارکندمیلصفرسمتبههاسیگنالمیانگینوقتی.
4
1
( ( ))
1( )
N
n
Max x nF
x nN
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
کرستفاکتور -5
Crest Factor
16
استسیگنالیکمربعاتجذرمیانگینبرسیگنالبیشینهتقسیمحاصلکرستفاکتور.
داردقطعهسالمتیازنشانکمترو6حدودکرستفاکتور.
داردرازیاداحتمالبهقطعهبودنمعیوبازنشان6ازبیشترکرستفاکتور.
داردکاربردندارندارتعاشاتمنبعچندکهسادههایماشینبرایکرستفاکتورروش.
N2
n 1
M Max ( X ( n ))Crest Factor( X ( n ))
RMS( x ( n ))
N
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403کورتوسیس-6
Kurtosis
غلتشیهایبیرینگوهادندهجعبهدرعیبتشخیصبرایمناسب
کوچکوریزعیوبتشخیصبرایمناسب
شودمیگیریاندازهآنکورتوسیسبیرینگیکطبیعیکارکردحالتبرای.
یابدمیافزایشکورتوسیسعیب،بروزبا.
ارتعاشیگنالسیکورتوسیسمیزانپایشطریقازمکانیکیهایسامانهدرعیببروزبینیپیشوتشخیص
17
4
1
4
( ( ) ( ( )))( ( ))
( 1).( ( ( )))
N
nx n Mean X n
Kurtosis X nN STD X n
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403اسکیونس-7
Skewness
دهدمینشانراسمتیکبهسیگنالکشیدگی.
20
𝑠𝑘𝑒𝑤𝑛𝑒𝑠𝑠 = 𝑛=1𝑁 𝑥 𝑛 −𝑚𝑒𝑎𝑛 𝑥 𝑛
4
𝑁− 1 ∗ 𝑆𝑇𝐷 𝑥 𝑛3
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403میانگین هندسی-7
Geomean
داردکاربردبسیاردارد،کوچکیخیلیحسابیمیانگینمقادیرسیگنالکهمواردیبرای.
22
1
7 ( )N
N
n
nF x
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403میانگین هارمونیک-8
Harmonic Mean
دهدمینشانراسیگنالمیانگینازدیگرینوع.
نموداستفادهتوانمیمیانگیناینازباشدنشدهتعریفهندسیمیانگینکهمواردیدر.
23
8
1
1
( )
N
n
NF
x n
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403مومنتوم ها-9
Momentums
دهدمینشانرامیانگینبهنسبتسیگنالشدهنرمالمقدار.
24
3
119
( ( ) )3
1
N
nx n F
F MomentumN
4
1110
( ( ) )4
1
N
nx n F
F MomentumN
5
1111
( ( ) )4
1
N
nx n F
F MomentumN
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403انرژی سیگنال-10
Energy
استآناغتشاشمیزانبیانگرسیگنالیکانرژیمیزان.
سیگنالباالترسطحیعنیسیگنالانرژیمیزانافزایش
ونصبدرایرادسامانه،بودنمعیوب:داردپدیدیکبروزازنشانسیگنالزیادانرژی...
25
2
1
( ( ))N
n
Energy x n
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403آنتروپی-10
Entropy
استسیگنالیکرفتارپایشدرمهمبسیارهایویژگیاز.
26
2
1
1( ( )*log( ))
( )
N
n
Entropy x nx n
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm940311- پارامترFM4
استسیگنالیکرفتارپایشدرمهمبسیارهایویژگیاز.
27
21
44 ( )
(var)
thN
n
momentFM
2
1( ( ) )
1
N
nx n mean
VarN
فرادرس
FaraDars.org
پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب
faradars.org/fvspm9403
این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرسآموزش کاربردهای پردازش سیگنال های صدا و ارتعاشات »
« متلبسامانه های مکانیکی و زیستی در در .تهیه شده است
.یدنمایلینک زیر مراجعه برای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به
faradars.org/fvspm9403
فرادرس
FaraDars.org
