基于Elman神经网络的刀具磨损状态识别技术

由于刀具磨损声发射信号的能量分布与刀具磨损状态密切相关,可以利用谐波小波包方法提取刀具磨损声发射信号的特征能量,对各频段能量做归一化处理,与切削三要素组成特征向量输入到Elman神经网络,通过神经网络判别刀具磨损状态。实验结果表明,刀具磨损产生的声发射信号频率主要集中在10Hz~130k Hz之间,将谐波小波包和Elman神经网络结合的方法可以有效地识别刀具磨损状态。     

结合多种方法的单缸汽油机噪声源识别研究

对152QMI单缸汽油机进行噪声及振动以及曲轴转角等信号的采集,在LMS Test.Lab软件中利用频谱分析和小波变换计算得出了该单缸汽油机噪声能量的主要分布范围,并以此作为噪声源识别的对象,利用阶次分析和小波变换筛选出该机噪声信号中频率不随转速变化的共振因素,随后在角度域内对信号进行小波变换,结合发动机配气机构等部件的运动特征研究识别相对于各频率带的发动机噪声源。研究结果表明,该发动机主要噪声频率带为800 Hz以下、2 000 Hz和4 000 Hz~5 000 Hz,各频率带噪声源分别为进排气噪声、缸盖共振和顶杆对摇臂的冲击以及气门落座冲击。     

基于Wigner-Ville分布和Wavelet时间尺度的飞机非平稳抖杆背景声分析

飞机黑匣子中舱音记录器记录的舱音主要是由话语音、噪声和具有不同物理意义的背景声组成的复杂混合体,增加了舱音分析的难度,用传统的辨听和分析方法难以解决舱音特征等技术难题.以舱音记录器记录的抖杆背景声为例,针对传统Fourier变换的一次型时间/频率和短时Fourier变换的二次型能量在舱音辨听、分析的不足,将Wigner-Ville时频和Wavelet时间尺度引入到飞机舱音分析中,扩展了舱音分析方法.对比分析结果表明:平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)及其时频分布的重排具有高的时频分辨率、时频凝聚性,而且没有交叉项干扰,适合分析非平稳舱音背景声;同时,离散小波变换的时间尺度分析技术确定抖杆背景声基频频率及位置,为获得非平稳舱音背景声特征提供一种值得借鉴的途径.     

窄间隙MAG焊电弧声与电弧作用位置的相关性

电弧-侧壁距离控制是保证窄间隙熔化极活性气体保护焊(Narrow gap metal active gas welding, NG-MAG)侧壁熔合良好的关键。通过对NG-MAG脉冲立焊过程中电弧声的预处理和分析,发现其时域波形呈周期性“振铃”衰减特性,频率与焊接电源脉冲频率相同;电弧声能量的频域分布范围为0.3～12.0 kHz,且能量主要集中在0.3～3.0 kHz和9.0～12.0 kHz两个频带,频谱分布与电弧-侧壁距离高度相关。在此基础上,采用小波变换(Wavelet transform, WT)和联合时频分析(Joint time-frequency analysis, JTFA)实现对电弧声信号的降噪处理和时频分析,结果发现,伴随电弧-侧壁距离的逐渐增大,电弧声能量的低频分布始终存在,呈现“断续-连续-断续”分布特征;而高频分布出现在电弧-侧壁距离2.6 mm以上,呈现“断续-连续”分布特征。利用NG-MAG脉冲立焊电弧声的时频分布规律可实现对电弧作用位置的监测预警,为NG-MAG焊接过程状态监控提供一种途径。     

基于图像频谱分析三维网格模型数字浮雕生成算法

由3维模型生成2.5维数字浮雕曲面是最近国内外数字浮雕研究的热点,通过对三维网格模型频率域的能量进行压缩来得到几何高度被压缩的浮雕模型.算法通过对三维模型进行重新采样,获得视线方向上的规则化深度图,然后利用图像傅里叶变换对深度图进行频谱分析,最后将模型高度的压缩转换为频谱域能量系数的压缩来得到浮雕曲面模型.在压缩过程中,应用高通滤波器工具对低频能量进行压缩、应用对数压缩函数对高频边缘压缩,从而使得生成的浮雕达到较好的效果.实例表明在频率域对三维模型的能量进行压缩来生成浮雕是可行的,算法对细节不太丰富的模型同样具有较好的效果.     

应用参数化对数模型增强图像细节及对比度

传统红外图像增强方法由于未考虑人眼视觉特性而存在"超区间值",故极易丢失图像细节。本文结合对数图像处理（LIP）理论,提出了基于参数化对数模型（PLIP）的平台直方图均衡图像增强方法。该方法首先将图像变换为灰度色调函数;然后应用PLIP模型对变换后的图像进行重建,结合平台直方图均衡化来增强图像的对比度和细节信息,并利用图像评价函数（EMEE）与信息熵（En）确定模型的参数值。最后,研制了算法硬件平台,分别用中波和长波红外成像系统对算法进行了实验验证。实验结果显示：该方法对不同场景的图像均可取得很好的增强效果,图像的EMEE值比传统的平台直方图均衡算法提高至少5倍以上,对改善图像质量和视觉效果具有实用价值。     

干涉测量低频水下声源频率的改进算法

为了实现低频段水下发生目标频率的准确识别,搭建了一套激光干涉测量系统。在相位生成载波解调技术的基础上,提出了一种改进的基于相位生成载波反正切算法的解调方式。在光学暗室下利用分立光学元件搭建了一套干涉实验系统,在参考光路引入水面波动作为高频载波,利用水表面漫反射的主反光与参考光干涉获得干涉信号。以相位生成载波解调技术的反正切算法为基础,引入高频载波信号的一倍和二倍正弦混频。通过功率比较的算法在两组正交信号当中筛选功率较强的一组进行解调,避免了载波初相位导致的正交信号消隐引起的解调失真。最后,在模拟的低频大幅度海浪扰动情况下进行了探测实验,取得了良好的解调效果。实验结果表明:水下声源的低频探测下限约为30 Hz;100Hz以上频段的频率探测精度优于1Hz。改进的反正切解调算法能够避免解调失真,具有很强的抗干扰能力。     

自适应量化嵌入数字水印的音频隐密通信方法

本文提出了一种基于数字水印的音频隐秘通信方法。鉴于隐藏效果的直观性。原始水印信息以二值图像为例,也可为其他类型如语音。该算法首先对有具体含义的原始水印信息进行预处理。使之成为适于嵌入音频的一维数宇水印序列;然后对音频载体分段,根据各段能量大小选定隐藏段。再对各段进行离散余弦变换（DCT）;考虑到不可见性和鲁棒性的折中。本文依据噪声模型确定的噪声敏感度因子在DCT域的中低频系数区选定具体嵌入位置;并采用量化嵌入方法,可实现盲提取。实验结果表明该方法具有良好的不可见性和鲁棒性,能抵抗滤波、重采样、重量化、加噪声等常规信号处理攻击。     

基于CFD/CA的离心泵流动诱导噪声数值预测

基于Lightill声类比理论,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和计算声学(Computational acoustics, CA)相结合的算法对离心泵内部声场进行求解。基于SST k-ω湍流模型封闭雷诺时均方程,对离心泵内流场进行三维非定常计算。在流场计算的基础上采用边界元法对叶片偶极子源和蜗壳偶极子源的辐射声场进行求解,研究了蜗壳振动对声压级分布的影响,并搭建试验台对所提出的算法进行验证。结果表明,叶频及其倍频是流动诱导噪声的主要频率,隔舌附近监测点的压力脉动强度最大;声振耦合作用对声压级分布的影响不可忽略,模态振型所在的频率(580 Hz)下声振耦合作用的影响较大;泵出口场点的声压级比进口大,且均在叶频处最大,效率最高的工况点声压级最小;声场模拟和试验结果在趋势上基本吻合,最大相差3.1%,肯定了所提数值算法的预测作用,可为离心泵低噪声优化设计提供参考。     

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。     

基于虚拟仪器技术的音频信号采集与处理

以LabVIEW为软件开发平台,使用计算机声卡作为硬件平台,设计开发了一种低成本高性能的音频信号采集分析系统。该系统具有对音频信号的采集、实时动态显示、分析处理、存储和播放等功能。实际应用表明,该系统不仅精度高、稳定、性能可靠、易操作,而且也能够实现声卡设计频率范围内的一般数据采集。基于声卡的,尤其是声卡与虚拟仪器相结合的信号采集技术在工程测试测量以及教学实践领域中具有广阔的应用前景。     

基于压电简支梁拉伸调频的旋磁发电机

为提高旋转式压电发电机的可靠性以及拓宽其有效转速带宽,提出了一种基于压电简支梁拉伸调频的旋磁发电机。介绍了所提发电机的结构原理,研究了动磁铁数量、压电振子预压量等因素对发电机发电性能及固有频率的影响规律。试验结果表明：发电机在转速范围内存在多个使电压出现峰值的最佳转速,各个最佳转速的数值随预压量的增大而增大,且最佳转速的数量随动磁铁数的增加而减少;调节预压量可拓宽发电机的有效转速范围,如动磁铁数为8时,当预压量为0时,发电机仅在几个谐振点达到电压要求,当预压量为1 mm、3 mm、5 mm时,有效转速范围分别扩大至321~768 r/min、160~1 000 r/min、123~1 000 r/min;该发电机固有频率可在37.33~89.60 Hz范围内进行调整,对应的转速调节范围为280~2 632 r/min。     

三分频式压电骨传导助听装置的仿真与测试

设计了一种采用3个结构尺寸不同的压电振子进行电信号-音频信号转换的三分频式压电骨传导助听装置,该装置可以适应较宽的工作频率范围。对压电振子进行了模态仿真分析和谐响应仿真分析,得出了压电振子最佳振型和谐振频率,确定了各个压电振子的工作频率段。根据仿真结果设计制作了三分频压电骨传导助听装置试验样机,对样机的幅频特性和响度进行了试验测试。结果显示:助听装置中低频、中频和高频压电振子的最大振动幅值分别为86.08μm、34.24μm和1.545μm,且处于各自振动频率段内;低频、中频和高频压电振子在各自频段内响度最大,各频段的最大响度值依次为69.1dB、98.3dB和117.1dB。由于3个压电振子同时工作时,各频段声音都能得到较好的响应,因此拓宽了声音的响应频域。     

轴系扭振诱发的车内异响诊断及优化

针对某涡轮增压轿车在加速过程中出现320~470Hz异响问题进行诊断与优化。首先,对异响特性及源头进行诊断,按照一般整车异响诊断流程,依次进行了基本的声振测试、机舱内声强测试以及燃烧测试,发现异响源自发动机且为整体扩散式异响,排除了燃烧激励起异响的可能性之后,判断异响由轴系振动引起;然后,进行小惯量扭振减振器(torsional vibration damping,简称TVD)的轴系扭振测试来验证异响与扭振的关系,时频图上显示异响频段内扭角特性与异响十分相似,断定异响源自轴系扭振;最后,针对装配大惯量TVD条件下的轴系进行扭振仿真计算,350Hz对一阶扭转模态具有最优的减振效果。依照仿真结果重新设计TVD进行试验,结果显示车内噪声异响频段内幅值衰减明显,主观评价"咕噜"音消失。本研究对于主流轿车的车内异响诊断和优化都具有着重要的指导意义。     

单磁耦合式压电振动俘能器的建模与试验

为实现高可靠性及宽频带振动能量的回收,提出了一种单磁耦合式压电振动俘能器。建立了俘能器的动力学方程,采用COMSOL仿真分析了磁铁水平耦合距离d、竖直耦合距离h及耦合角α对势能的影响;设计制作了样机,并进行了试验测试。试验结果表明,俘能器的势能曲线随水平耦合距离d减小由单势阱变为双势阱,且存在较佳的磁铁水平耦合距离（d=11 mm）,使双势阱的阱深适中、俘能器的固有频率减小、有效频带变宽;竖直耦合距离h增大对有效频带的影响较小,h≤2 mm时,相较于无磁耦合（NMC）降低了固有频率;仅改变耦合角α时,存在最佳参数组合（d=14 mm、h=6 mm、α=67.5°）使俘能器获得较低的固有频率（16 Hz）和较宽的有效带宽（19.6 Hz）,较无磁耦合时的有效带宽拓宽了6 Hz,进而提高了俘能器的发电性能。     

自适应调频声衬及其控制系统设计

为克服现有声衬结构固定、敏感频率无法调节的弊端,提出了一种逆压电效应的调频式声衬结构。该声衬由颈部、共振腔以及压电膜片组成亥姆霍兹共振器。采用有限元法对声衬结构的固有频率、声场分布进行了计算,研究了压电膜片变形与共振频率偏移的关系。在阻抗管内对压电声衬致动前后系统的传递损失进行了对比,系统传递损失峰值频率与驱动电压呈线性关系,灵敏度为0.1Hz/V。在建立控制电压-驱动电压-噪声频率的对应关系的基础上,提出了一种基于光敏电阻的直流升压电路,采用LabVIEW软件编制了压电声衬的自适应控制程序,当噪声频率从746变化至788Hz时,驱动电压由110V自动升高至420V,声衬始终工作于共振状态,实现了宽频噪声的自适应控制。     

往复式压缩机气阀磨损故障特征提取的研究

气阀磨损是气阀的主要故障之一,可能会造成阀片不能准确、平稳地开启和闭合,引起循环气体温度、压力的变化,造成能量损失,影响到压缩机的效率,因此,对气阀磨损进行故障特征提取及故障诊断十分必要。先通过信号AR功率谱对比了解到故障特征频带为2000~4000Hz,再对信号进行EMD分解,分解得到的IMF以小波包频带能量准则进行判定,即选择2000~4000Hz范围内能量比重较大的IMF进行重构;对重构后的信号再次进行小波包软阈值降噪,降噪后的信号再作两层分解,对频带为22000~4000Hz的小波包系数进行重构,即得到特征频带内降噪后的最终信号。在以上研究基础上,最后建立了表征气阀好坏的时域特征参数—故障综合值。研究结果表明:(1)气阀磨损时,阀片撞击升程限制器和阀座的冲击信号会明显增大,并且在吸气与排气阶段,气流会对阀门产生明显的扰动;(2)故障综合值有利于直观判断气阀的磨损程度,值越大表示磨损越严重。     

基于小波变换的图像自适应盲水印算法

随着计算机和网络技术的飞速发展,数字图像、音频和视频产品越来越需要一种有效的版权保护方法,所谓数字水印就是一种嵌入到图像、视频或音频数据中的不可见标志,可以用于多媒体数据的版权保护、认证和标注等.本文提出了一个有效的静止图像的自适应盲水印算法,在水印检测过程中不需要原始图像.原始图像经小波变换后,选择内嵌水印所需要的子带,水印根据邻居特征平均值法和奇偶判决法内嵌到频域中所选择的子带上.实验结论和攻击测试表明,本文所提议的算法具有较好的透明性,对如JPEG有损压缩、中值滤波、附加噪声、伸缩、裁剪等各种图像处理的攻击有较强的顽健性.     

Parameter optimization of time-varying stiffness method for chatter suppression based on magnetorheological fluid-controlled boring bar

An innovative chatter suppression method based on a magnetorheological (MR) fluid-controlled boring bar for chatter suppression is developed. The MR fluid, which can change stiffness consecutively by varying the strength of the applied magnetic field, was applied to adjust the stiffness of the boring bar and suppress chatter. The cutting dynamic stability under different natural frequencies of the structure was analyzed by an energy method, which shows that cutting dynamic stability depends on both the natural frequency of the structure and the spindle speed. The chatter suppression mechanism with varying natural frequency is analyzed for further parameter optimization. Furthermore, both theoretical analyses and numerical simulations indicate that a square wave exciting current with a large amplitude and a moderate frequency has a better effect on regenerative chatter suppression. Experiments utilizing a MR fluid-controlled boring bar under an exciting current with different waveforms and frequencies were conducted. The experimental results show that the chatter can be significantly suppressed using MR fluid-controlled boring bar under a square wave exciting current with a frequency of 4–6 Hz and an amplitude of 0–2 A.