科氏流量计测量管固有频率在线预测方法

提出了一种基于幅值变化期信号特征参数识别的科氏流量计测量管固有频率在线预测方法,该方法对测量管固有频率变化时引发的过渡期振动信号进行两次整周期采样,进而通过傅里叶变换获得反映所采样信号特征的虚部与实部参数,并根据所建立的基于信号特征参数的固有频率改变量计算模型,计算出测量管当前固有频率。对所提出方法进行了实验验证。该方法可用于科氏流量计振动控制中,帮助其将驱动频率快速、精准地调整到固有频率上,从而提高科氏流量计在复杂多变工况下的测量可靠性。     

基于离散频谱分析的自由衰减振动信号的幅值恢复

加矩形窗截断后的自由衰减振动信号可以看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,从理论上证明了其连续谱峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位。分析了连续谱的离散频谱幅值误差影响因素,提出一种新的求解幅值恢复系数的方法,该方法根据已估计得到的阻尼、频率和相位重构幅值为给定值的新信号,然后求解加有限长度指数窗幅值恢复系数。当理论频率位于某条离散谱线上,幅值基本无误差。理论分析和仿真表明,采样频率、阻尼和频率误差的变化对幅值分析精度的影响很大,并且是相互作用的,但当理论频率与采样频率之比fn/fs在区间(0.25,0.4)内,且阻尼在区间(0.005,0.02)时,不论频率误差多大,分析精度均很高,幅值误差小于5%。相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法。     

高精度动平衡测量中不平衡信号提取方法研究

针对不平衡量较小时振动信号可能出现的拍频现象,提出一种估算拍频周期的方法和采用正弦逼近法提取不平衡量幅值和相位的方法。通过FFT运算得到近频干扰信号的频率,进而估算信号拍动周期,把一个拍动周期内的数据作为训练样本,采用正弦逼近法来提取不平衡信号的幅值和相位。仿真和实验结果表明:该方法有效解决了不平衡量比较小时测量结果不稳定的现象,提高了测量精度。     

拟合测量正弦信号频率的不确定度

介绍了用四参数最小二乘曲线拟合法评价正弦信号频率时不确定度的分析和评价.通过使用国军标GJB 3756-1999"测量不确定度的表述及评定"中推荐的方法,讨论了影响评价结果不确定度的几个主要误差来源,包括采集速率误差、采集序列的谐波失真、采集序列的噪声及非谐波失真、采集序列中信号周期的抖动、软件拟合运算误差的影响等,给出了正弦信号频率的测量不确定度及减小不确定度的主要措施.结合一个实际例证的评价结果,验证了该过程的正确性和可行性.     

高静水压下换能器阻抗特性的测量方法研究

针对在小腔体中阻抗分析仪发射连续波无法准确测得换能器阻抗的问题,提出一种在高静水压下使用脉冲正弦信号激励换能器测量阻抗的方法。以采样电阻法为基础,根据腔体尺寸确定发射脉冲个数以及可测频率范围来有效避免腔体边界反射对测量造成的影响。通过设置不同的发射频率,分别采集换能器两端及采样电阻两端的电压波形信号,利用已知频率的三参数正弦曲线拟合法分别得到波形信号的幅值和初始相位角,计算得到换能器的导纳值。改变静水压力,利用脉冲法测得0~10 MPa静水压下换能器导纳特性。实验结果表明,采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的阻抗特性;且随着静水压力的升高换能器的谐振频率发生偏移,导纳圆直径减小。     

基于量子遗传算法的圆度误差测量研究

提出采用量子遗传算法,以提高圆度测量精度。首先用最小二乘法拟合获得建模数据中圆度图像的圆心坐标和半径;再通过圆度计算剔除不符合要求的圆度;然后用量子遗传算法进行多进制编码,量子旋转门非固定步长调整更新;最后给出圆度误差测量流程。实验仿真显示该算法获得了精确的测量数值,与三坐标测量机测量结果误差相差小于0.005 8 mm,半径相对误差小于0.19%,测量最大误差均在0.01%以内,同时最大误差波动比较平稳,测量不确定度比其它方法值较低。     

离散频谱的能量重心校正法

针对离散频谱三点卷积幅值校正方法只能校正幅值,不能校正频率和相位的问题,从理论上推导了常用离散窗谱函数的能量重心就是坐标原点,由此得到了能量重心法校正频率和相位的公式。误差分析和仿真计算表明：与其它校正方法相比,此方法能对多段平均功率谱直接进行校正,算法简单,计算速度快,负频率成分和间隔较近的多频率成分产生的干涉现象所带来的误差对精度的影响小,校正方法适用于各种对称窗函数,解决了三点卷积幅值校正法不能校正信号频率和相位的缺点。在工程应用中,对噪声小的信号,推荐加Hanning窗n=1（三点卷积法）的方法进行校正,频率间隔大于等于4个频率分辨率的信号校正后的幅值误差小于1％,频率误差小于0.01个频率分辨率,相位误差小于5度,这种方法不适用于频率过于密集的分析场合或连续谱。     

采样计数法测量信号频率的不确定度

介绍了用数字化采样计数法评价周期信号频率时,测量结果的不确定度分析和评定过程,讨论了影响测量不确定度的几个主要误差来源;给出了减小测量不确定度的主要措施;在一组实际评价例子上,给出了其不确定度分析和评定结果,该过程及结论可应用信号频率的测量不确定度评定。     

积分型数字跟踪滤波法及其在转子动平衡中的应用

以刚性转子现场动平衡为背景,提出了用于基频检测的积分型数字跟踪滤波法。本方法利用周期信号频谱离散的特点及三角函数的正交性,通过数值积分来计算基频信号的幅值与相位。本文给出了数值积分引入的基频信号幅值和相位的计算误差。在利用该法对基频检测进行数值仿真的基础上,本文还将该法成功地应用于多盘转子现场动平衡。研究结果表明,该法易于实现且计算精度较高:其幅值计算误差可比幅值计算值小两个数量级,相位计算误差满足工程中允许的相位误差要求。     

汽轮机振动信号测量的误差分析

通过计算,分析了在振动信号测量中幅值和相位的误差与采样方式的关系。得到只有采用整周期采样技术,才能获得足够的相位精度的结论,对提高汽轮机振动测量的精度有一定的借鉴价值。     

正切法莫尔条纹信号幅值分割细分的误差分析

提出一种在使用正切法对莫尔条纹信号进行幅值分割细分时的误差计算方法。分析了在信号中含有直流分量、二次谐波噪声及幅值不等、相位不正交误差时，所构造的正切函数相位变化情况。先判断出正切函数相位变化关键点，分别计算其相位改变最大值，以此确定对细分精度影响最大的噪声及误差种类，便于在实际应用中有针对性地对信号进行降噪处理，并计算出细分误差。同时应用MATLAB在理想信号中加入上述噪声及误差，精确仿真非理想信号对细分的影响，绘制出相关图形。     

频谱分析中用于相位和频率校正的相位差校正法

提出了一种对连续时域信号分前后两段作傅里叶变换,利用其对应离散谱线的相位差校正出谱峰处的准确频率和相位的新校正方法——相位差校正法,通过窗谱函数的公式还可以校正其幅值,以解决离散频谱分析中由于谱峰谱线没有对正峰顶时所带来的较大误差。该方法原理简单,通用性好,运算速度快,校正精度高,可以在不知道窗谱函数表达式的情况下,直接用其相位差进行求解。仿真研究表明,对单频率成分的频率、相位、幅值进行校正,频率误差小于0.0002个频率分辨率,相位误差小于0.1 度,幅值误差小于0.02% 。     

波形拟合水声构件插入损失测量方法研究

为消除水声材料在低频测量时边界反射波对接收信号的干扰,通过缩短发射信号的传播距离来提高直达波与反射波的声程差,得到一段有效的单一直达波。用Matlab拟合这段单一直达波,得到一个完整周期的波形,读取其幅值作实验数据。该实验在一尺寸为4 m×1.4 m×1.1 m的钢体水箱中进行,水深0.8 m。试样为一外径30 cm,厚1 cm的空心玻璃钢圆管,测量频率为8~30 k Hz。对有无试样两种情况下完成测量后进行透射系数计算,得到试样的插入损失。实验结果表明:测量值相对误差均小于10%,测量结果的不确定度5%,测量值与理论值具有较好的一致性,证明该方法的有效性。本方法适用于非自由声场环境下材料声学参数的测量,具有简单、快速、有效的特点,对大试样材料的水声性能测量有一定的实用价值。     

相减策略的含噪多频实信号频率估计算法EI北大核心CSCD

为抑制频谱泄漏对多频实信号频率估计的影响,提出一种新的频率估计算法。利用FFT法和相减策略对采样信号进行处理,逐步得到各分量的频谱最大值索引,以及各分量频谱偏移量和复幅值粗略值;构造包含所有非待估计频率分量的参考信号,利用相减策略从采样信号中减去参考信号,得到待估计的单频复信号,并对其频谱进行两点插值计算,得到该分量较精确的频谱偏移量和复幅值;然后,通过相减策略和频谱分析,逐步得到所有分量较精确的频谱偏移量和复幅值;通过迭代计算得到各分量精确的频率估计值。同时,可得到各分量精确的幅值和初相位。在无噪声、不同频率间隔等条件下进行了频率仿真试验。结果表明:所提算法有效抑制了频谱泄漏的影响,提高了多频实信号的频率估计精度,频率估计值的均方误差比其他优秀算法更靠近克拉美罗下限。     

一种低信噪比正弦信号高精度频率测量方法

在研究噪声对低信噪比正弦信号频率测量的影响、分析触发误差对多周期同步频率测量影响的基础上,提出了一种多-多周期同步频率测量方法,推导了频率测量计算公式和误差计算公式,并对两种测频方法的触发误差做了对比分析;最后给出了用STM32单片机实现多-多周期同步频率测量的方法。实验表明:该方法能有效压制噪声,提高低信噪比正弦信号频率测量精度。     

短记录加汉宁窗的频谱校正

基于解析单频模型建立的频谱校正方法难以应用于短记录的频谱校正,因为这时正频率附近的频谱显著偏离解析单频模型,背后的原因是实数信号中负频率分量的泄漏干扰.针对短记录加汉宁窗,给出了一种显式频谱校正方法,它利用局部谱峰附近的三条谱线.采用仿真手段对提出的方法进行了考核.不同仿真样本所含的信号周期数(CiR)从0.05变化到5,步长为0.01;相位从0°变化到179°,步长为1°.结果表明: 1)当CiR＞1时,最大频率误差小于10-10 Δω(Δω是快速傅里叶变换的频率分辨率),而幅值相对误差和相位误差的上限分别不超过10-10和10-7度; 2)当CiR＜1时,误差总体趋势随频率下降而增加,但即使对CiR=0.05,频率误差也不超过4×10-8Δω; 3)精度最高的条件仍然是整周期采样.     

正弦压力信号数据处理方法研究

针对现行规程中广泛应用的4种正弦压力信号处理方法,为比较三参数法和四参数法的优劣,使用Matlab模拟幅值缩放、相位时延和谐波失真3种情况下的理想信号,并计算其幅值、直流分量、相位和频率4个正弦参数。结果表明:在已知信号频率的情况下,三参数法优于四参数法,且不受谐波干扰。进一步绘制三维图像,分析频率估计误差对三参数法幅值灵敏度和相位差的影响,最终给出结论:三参数法的最大误差在频率估计误差较小时可用线性误差控制,频率估计百分比误差为2%时,幅值灵敏度和相位差的最大百分比误差约为–1.9%,可用于保守计算频率估计误差所带来的影响。     

一种用于圆度误差评价的递推估计算法

本文通过建立圆度误差测量的观测方程和相应的准则函数 ,给出了一种用于圆度误差评价的递推估计算法。计算结果表明 ,运用该算法进行圆度误差评价能够得到待估圆心坐标及半径的最佳值。     

基于相控阵激光超声的裂纹衍射增强试验研究

针对超声衍射时差法(TOFD)存在检测精度较差、区域检测可靠性不够和信号信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)低等问题,提出了一种基于光纤皮秒激光器和高速旋转镜的相控阵激光超声裂纹检测方法。利用有限元方法模拟热弹机制,建立二维瞬态激光超声力-固耦合模型产生横波与纵波在缺陷处发生的衍射现象,分析了裂纹尖端不同奇异点、声波不同中心频率和相控阵激励源不同位置对声波衍射的影响,通过衍射信号的信噪比和位移幅值两个计算指标来分析变化规律,并进行了试验验证。结果表明:数值模拟与试验结果有较好的一致性,相控阵激光源较传统单束激光源对衍射信号幅值和信噪比有明显的增强作用,纵波衍射信号信噪比较理想;衍射信号幅值随裂纹尖端奇异点增加和声波中心频率减小而增大;信噪比随尖端奇异点增加而增大,随声波中心频率一定范围增加无明显变化,随激光源距离的增加呈现先增加后减小的趋势;缺陷定量分析时计算出的裂纹长度与实际裂纹的误差均不超过6.8%。     

基于声学仿真的声学法砝码体积测量装置输入参数的确定

针对声学法砝码体积测量装置的声学腔体内扬声器驱动信号的选择影响测量准确性的问题,提出了一种驱动信号参数确定方法。利用声学有限元法对声学腔体进行建模仿真,获得使体积误差最小的扬声器的最佳驱动信号幅值和频率点,同时在不同的幅值和频率点应用声学法砝码体积测量装置进行实际体积测量验证,结果表明:使体积测量误差最小的驱动信号参数与仿真结果一致。声学腔体的最佳测量频率为46Hz,该驱动频率下体积测量值与液体静力法测得值的偏差小于0.001cm³;在一定的测量范围内,驱动信号的幅值对声学法砝码体积测量准确性无影响。