频谱校正方法在激光测速中的研究

由于多普勒信号处理技术在整个激光多普勒测速(LDV)系统中起到关键作用,针对仅利用快速傅里叶变换处理多普勒信号存在精度低的问题,频谱校正方法的研究显得十分必要。通过阐述比值法、能量重心法和相位差法三种离散频谱校正方法的基本原理和仿真实验,表明三种方法均可使校正频率更加接近真实值。考虑到算法的复杂度和抗噪性能等因素的影响,选用了能量重心法对实测多普勒信号进行频率校正,且校正效果明显。     

旋转机械振动信号整周期重采样技术的研究

针对频谱泄漏及栅栏效应问题,建立了基于整周期重采样技术提高振动分析精度的方法,采用振动信号同步采集的频率计算整周期采集所需的时间,利用此时间可以对波形实现整周期重采样,并且在相位计算时,对各个通道补偿因循环采样所产生的相位误差.研究结果表明:该方法对振动信号可以实现整周期重采样,并能显著提高振动信号的幅值及相位精度,具...     

畸变电功率的模型化测量方法

本文为畸变电功率提出了一模型化的测量方法。在对待测畸变瞬时功率信号建立一参数化模型的基础上，证明了畸变电功率可由其瞬时功率信号采样值的加权平均准确获得，并推导出了由采样值求权参数的方法。提出的方法，允许畸变的瞬时功率信号含有电网频率的非整数次谐波（Ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃ），允许采样过程小于电网的周期，据此方法获得的测量结果在理论上严格成立。一个算例验证了其有效性     

航空变焦距斜视成像几何畸变的自动校正

针对变焦距航空摄像机斜视成像产生的几何变形,提出一种同时校正斜视梯形失真和变焦距镜头非线性畸变的自动校正方法。根据直线透视投影不变性原理,利用单参数除式模型通过变步长优化搜索方法得到不同焦距对应的镜头畸变系数和畸变中心坐标;研究了焦距变化对畸变的影响规律,校正了镜头畸变使其满足针孔成像模型;引入飞机位置、姿态和摄像机视轴指向方位等因素,将航空图像重投影到地图坐标系中,对坐标变换后的像素亮度值进行重采样得到校正斜视变形和镜头畸变后的正射投影图像。对不同焦距和位置姿态下拍摄的地面靶标畸变图像和实际航空变焦距斜视图像进行了校正。结果表明,该方法能够有效准确地校正图像的几何变形,当飞行高度为2 500m时,在文中给定的位置姿态精度下的图像几何校正均方误差约为2m,较好地满足了后续图像拼接需求。该方法效率高,便于自动化实现,对提高图像拼接精度和实现目标精确定位与实时稳定跟踪具有重要意义。     

高速扫描激光共聚焦显微内窥镜图像校正

使用往复式逐行扫描的方式可以提高激光共聚焦显微内窥镜的成像速度和数据利用率,但这种扫描方式也会带来图像畸变和错位问题,从而影响系统成像质量。受扫描畸变影响,图像错位程度不一致,后期处理难以得到理想的校正效果。本文基于共振振镜的运动规律,推导了均匀空间采样过程中的采样时间函数,通过非等时采样方法校正了振镜速度变化带来的横向畸变。利用互相关法评价图像错位程度,采用遗传算法获得最优的采样开始时刻,实现了图像错位的校正。最终通过调整采样开始时刻和时间间隔在数据采集环节校正了图像畸变和错位。为了验证图像畸变校正和错位校正效果,本文搭建了基于往复式逐行扫描方式的激光共聚焦显微内窥成像系统。实验结果表明,该方法能够有效地校正图像畸变和错位,图像的横向分辨率。与现有方法相比,本文方法将图像的局部分辨率由10 pixel提高到6 pixel。     

瞬时频率估计的齿轮箱升降速信号阶次跟踪

提出了基于瞬时频率估计的齿轮箱升降速信号阶次跟踪的新方法。首先对振动信号进行经验模态分解得到信号的固有模态函数，再求各个固有模态函数的Hilbert变换，得到信号的瞬时频率，从而直接从振动信号得到参考轴的转速信号，然后根据参考轴的转速信号对时域振动信号进行等角度重采样，最后对重采样信号进行阶次分析。通过仿真信号和对齿轮磨损故障实验信号的分析，表明该方法能有效地诊断齿轮的故障。     

基于多尺度线调频基稀疏信号分解的齿轮故障信号阶比分析

针对变转速齿轮箱故障振动信号调制边频带难以识别的问题,提出一种基于多尺度线调频基稀疏信号分解的阶比分析方法.该方法先采用基于多尺度线调频基的稀疏信号分解方法对齿轮箱振动信号进行分解,提取齿轮的啮合分量与调制边频分量,由啮合分量的时频分布曲线得到瞬时转频估计,再基于获得的瞬时转频对啮合分量与调制边频分量之和进行等角度重采样,将非平稳的分量信号转化为平稳信号,对重采样后的信号进行阶比分析,诊断齿轮故障.与传统的直接对齿轮箱故障振动信号进行阶比分析的方法比较,结果表明,提出的基于多尺度线调频基稀疏信号分解的阶比分析方法抗噪性强,调制边频带识别效果好.仿真算例与应用实例验证了本方法的有效性.     

考虑电网频率变化率的改进相位差校正法研究

针对电网信号基波频率动态变化时相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能测量失败的问题,提出了一种考虑频率变化率的改进相位差校正法。指出了非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其当基频动态变化导致基波频率偏移较大时,非同步采样使测量精度严重降低。推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式,在线测量时,频率变化率用前次与当次测得的基波频率进行差商运算求得,再据此对测量结果进行了修正。分别使用考虑频率变化率的方法和原方法对变频电网信号进行了数值仿真研究。研究结果表明,改进相位差校正法有更高的测量精度,对基波的测量精度提高一个数量级,采样窗长为IEC标准规定窗长的50%,能满足频率动态变化时谐波在线测量的精度与实时性要求。     

用计算全息图校正非球面的畸变

针对用计算全息图(CGH)对非球面进行检测时出现的非对称畸变,分析了3种基本的畸变模型,提出了一种有效的校正非对称畸变的方法.该方法采用较少的拟合参数即可实现对非对称畸变的精确校正,从而可以较大程度地减少畸变校正所需要的数据点对,避免过度拟合效应.通过光学仿真模拟分析了整个干涉仪系统的畸变,并利用以上方法对畸变进行了校正.仿真结果显示,畸变校正的相对残差小于0.2％.最后,设计并制作了处于离轴工作状态的CGH,并用此CGH对非球面进行了检测.利用上述畸变校正方法对测量的非球面面形进行校正,并用校正之后的结果进行加工迭代,最终非球面面形的收敛精度达到1.8 nm(RMS),得到的结果验证了提出的畸变校正方法的可靠性.     

汽车后桥主减速器振动信号阶次分析方法研究

汽车主减速器作为汽车后驱动桥的核心组件,承担着减速和增大驱动力矩的功能,其质量的好坏直接影响到汽车的安全性和舒适性。本文以阶次分析方法为核心,设计出基于虚拟仪器技术的后桥主减速器振动信号分析方法,信号由数据采集卡采集,通过USB总线传输到计算机,通过对转速信号的处理得到振动信号的重采样时刻点,对振动信号重采样并进行频谱分析得到振动信号的阶次谱,将阶次谱与原始振动信号频谱进行对比,得出清晰的频率成分,解决了转速的波动产生的"频率混叠"问题。     

激光多普勒效应地震波实时测量技术的研究

传统的磁电式地震检波器易于受到电磁干扰、存在非线性 ;提出一种应用激光多普勒技术的地震波检测方法 ,采用优化设计的差动光路结构方案、信号处理单元的适宜带宽。通过F/V转换可以实时地得到被测速度、位移、加速度和频率。实现线性测量的频率范围 1 0～ 1 0 0 0Hz ,动态范围 1 0 0dB。     

应用序列二次规划的波达方向与多普勒频率联合估计

为了快速准确地联合估计阵列信号波达方向(DOA)与多普勒频率,提出了将序列二次规划(SQP)应用于最大似然函数优化的联合谱估计算法。该方法利用空时信号模型通过Hankel矩阵构造出阵列流型中包含DOA与多普勒频率信息的广义天线阵模型,并推导出其最大似然函数,从而将参数估计问题转化为非线性函数优化问题。然后,将SQP方法应用于似然函数的优化求解中,得到DOA与多普勒频率的估计值。最后应用SQP方法、微分进化法、遗传算法和量子粒子群算法分别进行了优化的仿真对比实验。结果表明:提出的算法具有寻优时间短,估计精度高,参数自动配对等特点,在信噪比为0dB时估计两个目标信号源的DOA与多普勒频率的均方根误差分别为0.263 6°和0.007 6rad,基本达到了阵列信号处理中参数联合估计方法的设计要求。     

应用小波包和包络分析的滚动轴承故障诊断

提出了一种基于小波包分析、频带能量分析和包络分析相结合的滚动轴承故障诊断方法.首先利用小波包将滚动轴承振动信号分解到不同的节点上.然后求出各频率段的能量,根据频带能量的变化情况,找出滚动轴承的故障所在的频带.最后对故障频带的重构信号做包络谱,将谱峰处的频率同滚动轴承的故障特征频率进行对比分析,诊断出滚动轴承的故障.通过对试验中采集到的滚动轴承振动信号进行分析,证明了该方法在滚动轴承故障诊断中的有效性.     

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。     

基于最大相关峭度反褶积的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承的故障信号是周期性冲击信号这一特性,提出了最大相关峭度反褶积(maximum correlated kurtosis deconvolution,简称MCKD)与谱峭度(spectral kurtosis,简称SK)结合的滚动轴承早期故障诊断方法,即MCKD-SK法。利用MCKD方法可以有效提取滚动轴承早期故障信号中被噪声淹没的周期冲击成分,抑制信号中的噪声,实现信号降噪,提升原信号的峭度。利用SK方法可以选择合理频带,将信号中的低频信息从高频信息中解调出来。通过仿真与实际监测数据的分析和验证,证明MCKD-SK方法可以准确有效地诊断滚动轴承的早期故障,可用于滚动轴承早期故障的在线监测。     

基于改进匹配追踪算法的特征提取及其应用

特征提取是机械设备状态监测和故障诊断过程中最基本、最关键的一部分,针对现有各种提取方法的不同缺点,提出一种自适应信号分解技术来实现旋转机械振动信号的特征提取.该方法是一种改进的匹配追踪算法,不需要构造任何参数表达的基函数,而是将观察信号分解为一系列波形的组合,这些波形由非参数波形估计方法计算而来,用以匹配信号的局部结构.非参数波形估计方法中模板信号的自适应调整使该方法也不需要具有任何信号的先验知识,因而在实际应用中具有更加良好的柔性和适应性.仿真信号和转子试验台试验信号验证该方法的可行性和有效性,即使是在噪声和信号中特征波形频带重叠的情况下也能将信号分离和提取出来.     

压电式力传感器的低频补偿方法及实验验证

提出了一种压电式力传感器低频响应特性的补偿方法,该方法是在频域上完成的。首先,对压电式力传感器的输出信号进行后处理,将输出信号与补偿函数相乘即可获得补偿后的输出信号,其中,补偿函数是压电式力传感器放电时间常数的函数;然后,以P5H压电陶瓷片为例,分别对其施加已知的阶跃外力和低频简谐外力,并分别将补偿前后的测试结果与已知外力进行对比,从而实现对该方法的实验验证。验证结果表明:该方法可以对压电式力传感器的低频响应特性进行有效的补偿。     

The use of SESK as a trend parameter for localized bearing fault diagnosis in induction machines

A critical work of bearing fault diagnosis is locating the optimum frequency band that contains faulty bearing signal, which is usually buried in the noise background. Now, envelope analysis is commonly used to obtain the bearing defect harmonics from the envelope signal spectrum analysis and has shown fine results in identifying incipient failures occurring in the different parts of a bearing. However, the main step in implementing envelope analysis is to determine a frequency band that contains faulty bearing signal component with the highest signal noise level. Conventionally, the choice of the band is made by manual spectrum comparison via identifying the resonance frequency where the largest change occurred. In this paper, we present a squared envelope based spectral kurtosis method to determine optimum envelope analysis parameters including the filtering band and center frequency through a short time Fourier transform. We have verified the potential of the spectral kurtosis diagnostic strategy in performance improvements for single-defect diagnosis using real laboratory-collected vibration data sets.     

跟踪滤波器的设计及其应用

在实际测量中,一般被测信号频率变化范围较大,采用常用的带通滤波器处理信号难以胜任,为了有效地检测信号,应采用一种能跟踪信号频率的窄带通滤波技术,为此本文首先阐述了开关电容滤波器的基本原理,提出了使用开关电容波滤器组成跟踪滤波器的原理与实现方法,作为应用例,具体设计了一个能压缩带宽的窄带通跟踪波滤器,实际应用于新型仪器非接触式车速仪中,有效地解决了车速变化快及变化范围大的车速信号检测问题。     

二维声子晶体薄板的振动特性

从薄板的振动方程出发,利用平面波展开法,给出了无限周期结构的二维声子晶体薄板的振动能带结构。发现二维声子晶体薄板存在振动带隙,但是与二维声子晶体xy模态的能带结构有区别。利用有限元法,对有限周期结构的声子晶体薄板振动频率响应进行仿真。在带隙频率范围内,频率响应存在较大衰减。并且给出了带隙内和带隙外两个频率点的波场分布。周期结构薄板中存在的振动带隙为声子晶体在减振方面的应用提供了一种新思路。