时域状态指标

状态指标是直接由波形算出的无量纲数,不经任何频域变换。它们只回答一个问题: 相对于自身的总体水平,这段信号有多"冲击"? 由于是比值,它们基本不受传感器灵敏度和绝对工况电平的影响,因而是分类器与简单合格判定的稳健输入。

共提供四项指标 —— 波形因子、脉冲因子、 裕度因子与能量熵 —— 每项都有 vs. 时间与 vs. 转速两种形态。

分窗口径

四项指标都是块量:信号被切成积分窗,每窗产出一个值。

信号 → 积分窗(IntegrationTimeMs)→ 指标 → 每窗一个点

在 vs. 时间形态中,窗长为 IntegrationTimeMs,推进量为 IntegrationHopMs; 未给出跳步时,各窗首尾相接、不重叠。窗的时间戳取窗内样本的几何中心。在 vs. 转速形态中,窗以转速步穿越点为中心,因此每个点代表机器恰在该转速下的状态。

以下公式中 x_i 为一个窗内的采样,N 为窗内采样数。

RMS = √( (1/N) Σ x_i² ) peak = max |x_i| mean|x| = (1/N) Σ |x_i|

有效值与整流平均值之比。它与幅度无关地描述波形的形状: 能量集中在短暂偏移中的信号,其波形因子高于始终贴近有效值的信号。

波形因子 = RMS / mean|x|

峰值与整流平均值之比。这是经典的冲击性指标:一旦平稳信号上出现孤立冲击它就上升, 且比有效值电平更早响应 —— 因为峰值在长,而整流平均值几乎不动。

脉冲因子 = peak / mean|x|

峰值除以"各采样绝对值开方后取均值"的平方。开方平均对大幅值样本的压制比整流更强, 因此它是三个因子中对稀疏高幅冲击最敏感的一个 —— 滚动体表面损伤的经典早期指标。

裕度因子 = peak / ( (1/N) Σ √|x_i| )²

把窗均分为 EnergyEntropySubframes 个等长子帧(末子帧吸收余数), 把各子帧能量归一为概率,计算香农熵并除以其最大值,结果恒在 0 与 1 之间:

p_i = E_i / ΣE 能量熵 = −Σ p_i · log₂(p_i) / log₂(K)

接近 1 表示能量在窗内均匀分布(平稳运行); 接近 0 表示能量集中在单个子帧(爆发、敲击、开关事件)。

由于四项指标都是闭式表达式,理想波形下的取值是精确已知的。这些数值可用于配置分析时的自检。

参数	默认值	适用于	说明
`AcousticChannel`	0	vs. 时间、vs. 转速	计算指标的通道索引
`IntegrationTimeMs`	100 ms(vs. 时间)/ 170 ms(vs. 转速)	两者	积分窗长度
`IntegrationHopMs`	—(等于窗长)	vs. 时间	窗间推进量;不设置时各窗不重叠
`EnergyEntropySubframes`	8	能量熵	子帧数 K;最小为 2
`RpmChannel`	自动	vs. 转速	tacho 通道;可用时优先使用脉冲解码转速
`RpmStep`	50 rpm	vs. 转速	单个转速步的宽度
`RpmMin` / `RpmMax`	自动	vs. 转速	转速范围;未给出时由转速信号推算
`SlopeMode`	AutoDetect	vs. 转速	AutoDetect / Runup / Rundown / All

vs. 时间曲线是单一工况下的工作视图 —— 它告诉你机器在何时变得冲击。 vs. 转速曲线是升速工况的工作视图:它显示冲击性出现在哪些转速上, 通常直指某个共振或某个随转速变化的接触状态。若某转速步处放不下完整窗,该步留空。

每条曲线还带一个单值,即全部有效点的均值,因此指标可以不经后处理直接作为标量测试结果使用。

脉冲因子与裕度因子都是相对某个均值的比值。信号接近静音时分母极小,因子会无限增大; 只应在信号电平明显高于测量链本底噪声的区段解读它们。

四项指标均遵循机械状态监测中的标准教科书定义,因此数值可以与公开阈值以及其他实现同一公式的工具对比。