基于HHT的地面活动目标定位方法的研究

针对广泛存在的油气管道周边安全问题,研究了管道周围地面活动目标产生的震动信号的特性,阐述了采用不同传感器测量信号到达时间差来进行定位的方法。地面震动信号是非平稳信号,本文采用希尔伯特黄变换（HHT）处理信号获得其特征频率、幅值与发生的时间,进行目标定位。设计了数据采集系统,通过多个传感器采集目标产生的震动信号,经HHT方法处理得到不同测量信号中目标特征频率出现的时间,结合时间差异和传感器阵列与目标的相对位置实现定位。通过对实验采集数据的分析验证了文中提出的方法。     

基于小波改进阈值去噪和HHT的滚动轴承故障诊断

利用Hilbert-Huang变换（Hilbert-Huang Transformation,简称HHT）对滚动轴承进行故障诊断时,发现振动信号中包含的噪声对诊断结果影响较大。为克服此不足,提出了一种小波改进阈值法与HHT相结合的信号分析方法。该方法首先应用小波改进阈值方法对滚动轴承故障信号进行预处理,然后对去噪后的信号进行经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,简称EMD）,接着选取含有故障信息的本征模函数（Intrinsic Mode Function,简称IMF）分量进行边际谱分析,从而提取出故障特征频率,并判断故障类型。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

基于光纤光栅传感器的飞机油箱表面复合材料板振动研究

飞机机翼油箱在飞行时容易受到各种振源影响,而油箱结构中的复合材料较容易受低频振动影响。试验利用布拉格光纤光栅传感器受到激励后光栅中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光纤光栅传感器对飞机油箱表面变截面碳纤维层合板受到的振动信号进行研究,并对通过光纤光栅解调仪采集下来的振动动态信号进行频谱分析。在计算出动态信号的频谱峰值后,分析得出变截面碳纤维层合板的振动信号受到截面厚度、激励点位置的共同影响。结果表明利用光纤Bragg光栅传感网络对飞机油箱表面变截面碳纤维层合板受到的振动影响进行监测。     

基于ICA的镗削过程颤振征兆信号分离方法研究

针对精密孔镗削加工过程中易出现颤振、导致精密孔表面质量下降,如何能快速、准确识别出颤振征兆发生问题,提出基于独立分量分析（ICA）的镗削振动信号信噪分离方法,以实现对镗削颤振征兆信号的快速分离。该方法据颤振信号的时频特点,利用经验模态分解（EMD）对镗削振动信号进行分解;对EMD分解所得各本征模态分量（IMF）构造出的虚拟通道进行ICA分析,分离出包含颤振发生征兆的信号。实验结果表明,利用EMD和ICA对镗削振动信号进行分解处理,可快速分离出镗削颤振征兆信号,为后续颤振识别预报及抑制环节提供基础,从而有效提高精密孔的表面加工质量。     

基于独立分量分析与希尔伯特-黄变换的轴承故障特征提取

滚动轴承早期故障信号具有能量小、频带分布宽等特征,易受到其它能量较大振源信号的干扰。传统的希尔伯特-黄变换（HHT）对信噪比大、多频率调制信号常因不能对其所包含的固有模式函数（IMF）实现准确分离和去除调制干扰分量而失效。本文提出了基于HHT和独立分量分析（ICA）的滚动轴承诊断新方法。该方法首先利用经验模式分解（EMD）将滚动轴承振动信号分解成若干平稳的本征模式函数IMF分量,通过提取若干包含主要信息的IMF分量,应用带通滤波器和Hilbert变换获取IMF分量的高频包络波形,再应用ICA分离包络波形并进行频谱分析,进而判断滚动轴承的运行状况。仿真和试验分析结果验证了本方法的可行性。     

非平稳振动信号的角域重采样小波解调分析方法

对于旋转设备的非平稳多分量振动信号,在已知转速变化规律的情况下,采用转速跟踪分析中的角域重采样方法使其变成阶比值固定的信号,再利用小波解调方法的带通滤波与解调分析两重功能,就能从混合振动信号中提取出各个阶比分量并获得对应的解析信号。该方法成功地解决了旋转设备严重非平稳振动信号的分析问题,并可拓展应用于至其它非平稳信号的分析。拓展算法具有类似HHT的算法结构,适用面广。文中同时给出的数值计算方法配合采用了细化分析及快速解卷积运算,保证了整体算法的稳定性、精确性和快速性,克服了HHT稳定性差的缺陷。论文最后对航空发动机试车过程中的振动数据采用本文方法和其它方法的应用效果进行了分析对比,证明了本文方法的有效性。     

基于改进的希尔伯特振动分解的机械故障诊断方法研究

针对多分量机械故障振动信号的特征提取问题,介绍一种基于希尔伯特振动分解(HVD)的时频分析方法。该方法首先利用Hilbert变换得到原始振动信号的解析信号,然后通过对解析信号的瞬时频率低通滤波获得信号中幅值最大分量的瞬时频率,同时经同步检测获得相应的瞬时幅值和初相位,最后经过迭代运算自适应地检测出原信号各分量的时频信息。针对HVD方法的边界效应问题,提出一种基于相关系数准则的波形匹配边界延拓法对其进行改进。通过两组仿真信号分析验证了HVD方法对多分量非平稳信号的分解能力,同时表明改进的HVD方法能很好地抑制边界效应。给出转子系统油膜涡动故障诊断实例,验证了该方法的工程实用性。     

分谱处理算法在基于超声导波损伤识别中的应用

利用分谱处理（SSP）算法,通过比较基准波信号和检测波信号的瞬时相位变化度（IPVD）来评估损伤散射的基础阶对称（S0）模式的飞行时间（ToF）,最终实现基于超声导波的损伤识别。首先在理想的工作环境中（无噪声）,对无缺陷的铝板进行检测,并把所采集的波信号作为基准信号。然后在不同的工作环境中（无噪声和有噪声）检测带有切缝缺陷的铝板,并把所采集的波信号作为检测信号。实验结果表明,当检测波信号的信噪比较低时,噪声能量严重干扰了检测波信号的能量分布。然而,SSP算法所提取的检测波信号的IPVD几乎不受噪声的干扰,因此利用SSP算法能够有效地抵抗强噪声的干扰,精确地评估损伤散射的S0模式的ToF,并进一步结合三角定位算法成功地定位出铝板中的切缝缺陷。     

基于滑动峰态算法的信号弱冲击特征提取及应用

机械故障振动信号中往往含有故障引起的弱冲击成分,冲击信号具有显著的非高斯特性,而零时滞四阶累积量即峰态能够描述信号偏离高斯分布的程度;基于峰态这一特性,本文提取一种基于滑动峰态算法的弱冲击特征提取方法,首先对原信号进行滑动峰态计算,获得一个新的峰态时间序列,然后对该峰态时间序列进行傅立叶变换,提取出信号中冲击成分的频率特征。通过强背景信号及噪声环境下弱冲击特征提取的仿真研究,证明了该方法具有很好的冲击特征提取能力。以实测齿轮断齿信号分析结果证明了该方法的有效性。     

利用HHT方法对非平稳风力的时频分析

非平稳信号的分析方法是信号分析领域中的一个重要问题。本文以风洞试验获得的非平稳风压信号和升力系数信号为研究对象,采用HHT方法对信号进行时频分析。HHT（Hilbert-Huang transform）方法可以获得有意义的瞬时频率,从而给出频率随时间变化的精确表达;信号最终被表示为时频平面上的能量分布,成为Hilbert谱;该方法适用于分析生活中普遍存在的大量频率随时间变化的非线性、非平稳信号,可将复杂的信号直接分离成从高频到低频的若干阶固有模态函数。分析结果虽然没有表现出明显的频谱分布特性,但与以往HHT分析结果提取的固有模态函数不同,如果对本试验获得的非平稳信号提取的固有模态是低频部分的残余信号,忽略其他高频信号,则风压时程和升力系数时程的残余信号曲线就可以分别回归为一个线性函数和一个正弦函数。这也说明,该非平稳信号的主成分仍然是由平稳信号组成的,可以用分析平稳信号的方法进行时程分析。     

微细超声工作台的设计与微振幅测量

微细超声工作台是微细超声加工机床与微细超声振动辅助加工机床的关键零部件,其振幅值直接影响加工精度与加工效率。传统的振幅测量方法很难准确的测出微细超声工作台的微振幅。基于精密微三维运动平台的高分辨率,提出了一种恒力控制的微振幅测量方法,成功的测量出能精确到0.1微米的微振幅。本文首先对微细超声工作台中的微细超声振动系统进行了理论设计,然后采用基于恒力控制的超声振幅测量方法,对不同功率作用下的微细超声振动系统的振幅值进行了测量。     

基于希尔伯特-黄变换提取车辆轨道耦合系统时频特性

为研究各种激扰对车辆轨道耦合系统动力学响应时频特性影响,将基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）应用于车辆轨道耦合动力学振动信号分析中。运用改进EMD方法提取耦合系统振动响应的固有模态函数（IMF）,并对其进行希尔伯特-黄变换,得到振动响应的希尔伯特时频幅值谱和边缘谱。分析表明：希尔伯特-黄变换较傅里叶变换的分辨率与精度高,能有效捕捉车轮缺陷及轨道谐波不平顺激励下车辆轨道耦合系统的调制信号;车体垂向振动加速度随轨道不平顺波长、幅值非线性变化,振动信号的轮周激励成分为调制信号,且随轨道不平顺幅值增大而减小,随轨道不平顺波长增大非线性变化。     

机床直线轴重复定位精度三维评价方法研究

重复定位精度是机床的一个重要性能指标，会直接影响加工产品的质量一致性。现有以直线轴运动方向的位置偏差作为评价指标的一维评价方法已经不适用于精密机床重复定位精度的评价。为了更全面地评价机床直线轴重复定位精度，提出了机床直线轴重复定位精度的三维评价方法，以球概率误差半径作为评价指标，将一维定位评价扩展到三维空间评价。首先，以卧式加工机床为例，通过齐次坐标变换建立了运动件单轴和机床的重复定位精度的数学模型，对现有一维评价方法的局限性进行分析。其次，基于卡方分布的性质，对球概率误差半径的计算过程进行简化。最后，通过简化的球概率误差半径计算方法对机床直线轴重复定位精度进行评价。以精密卧式机床的工作台为研究对象，通过实验对一维评价方法和三维评价方法进行了对比，结果表明，以球概率误差半径为评价指标的三维评价结果与定位点空间分布的离散程度基本一致。采用三维评价方法可以使机床重复定位精度的评价更加全面，可为机床整体性能的提升提供更可靠的理论指导。     

基于球杆仪和光栅尺的工作台精度调整

用球杆仪和光栅尺同时测量了两轴联动精密工作台的走圆运动．结果显示，光栅尺的主要误差源是测量噪声和定位误差，球杆仪的主要误差源是定位误差．尽管对于单轴实时位置反馈来说，光栅尺的测量精度已经足够，但是两个方向光栅尺的测量数据不能反映两轴间的相对精度．通过对光栅尺和球杆仪测量的工作台走圆运动测量数据的分析，建立了测量系统的数学模型，在此基础上解耦并识别出了球杆仪和光栅尺的定位误差．提出了根据光栅尺倾角误差实现工作台精度调整的策略．     

基于Hilbert-Huang变换的大跨桥梁非线性抖振响应时频分析

以新疆赛吾迭格尔悬索桥为工程背景,研究非线性抖振响应的时频特性。提出了Fourier变换识别桥梁抖振响应的频谱的失真问题,从信号分析的角度寻找失真的原因,从结构动力学角度探讨响应非平稳性的导因。为解决这个问题,引入Hilbert-Huang变换(HHT变换)分析响应的边际谱。并分析HHT变换中经验模态分量的时频,从风工程角度探讨经验模态分量的物理意义。分析结果表明,大跨桥梁的颤抖振响应具有一定的非平稳性,HHT变换识别抖振响应的频谱时比Fourier变换精度更高。     

基于HHT的液压缸动态特性分析新方法

提出了一种基于Hilbert-Huang变换的液压缸动态特性分析的新方法：运用经验模态分解,把周期激励下液压缸油液压力波动信号分解为多个从高频到低频的本征模态函数分量,依据各分量的Hilbert边际谱以及自由振动频率信息,对各分量分类并以此为基础重构信号,提取出反映液压缸动态特性的自由振动分量。此方法在某试验台液压缸动态特性分析中,取得了良好的效果,提取出的自由振动分量,可以作为评价液压缸动态特性好坏的依据。     

摩擦振动信号的经验模式分解和多重分形研究

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的定量表征,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)对非线性、非平稳的摩擦振动信号进行分解,获得若干个本征模式分量(Intrinsic mode function,IMF)。根据振幅范围和互相关系数,从EMD的所有IMF中选择反映摩擦振动特征的IMF分量重新合成摩擦振动特征信号,利用改进的多重分形算法对摩擦振动特征信号进行多重分形分析,得到摩擦振动信号的多重分形谱,进一步求取摩擦振动信号多重分形谱的宽度、极大值、维差以及非对称指数。研究结果表明,经验模式分解能够实现微弱摩擦振动特征信号的提取,多重分形谱参数可以作为摩擦振动信号的特征值。     

复线隧道爆破振动信号的HHT分析

结合现场采集到的爆破信号,从实践验证HHT(Hilbert-Huang Transform)理论在爆破振动信号处理中的可行性。首先采用经验模态分解(EMD)提取爆破振动信号的固有模态函数(IMF)分量,对主成分分量作Hilbert变换,提取其包络曲线,得到实际延时爆破中的延时时间。再对原始信号经EMD得到的IMF分量进行Hilbert变换,得到信号的Hilbert能量谱,并从瞬时能量的角度研究了爆破振动不同频率的能量作用机理。从而验证了HHT方法的自适应强和高效性在爆破振动信号分析中的优良特性。     

H-S波前传感器在测量光束质量因子M 2中的应用

仿真研究了H－S测量M^2因子等光束质量指标的全过程和可行性。结果表明，由H－S测量的圆形光束的M^2因子值与原始光束的M^2因子值基本相当，有很好的一致性。由此认为，H-2S除了可以评价远场测量系统探测得到的光斑的各种量，比如PSF，OTF，衍射极限，环围能量等远场特性，而且还可以从M^2因子来说明光束质量的特性。     

激光相干阵列成象雷达系统光束整形的研究

激光相干阵列成象雷达系统中本振光波前与信号光波前匹配与否直接影响系统的灵敏度和分辨力。采用共轭光栅合成技术对相干成象本振光束作整形处理，以适应探测器件列及合成输出满足最佳信噪比条件。