计算机多频信号采集设备

计算机多频信号采集设备是解放军信息工程学院基础部数字技术教研室于1992年推出的新产品。为用计算机分析和处理视频信号、音频信号和其他10MHz以下的模拟信号以及传输速率在27Mbit/s以下的数字信号提供了必要的采集设备。本文就计算机多频信号采集设备的设计思路、实施方案、技术难点及其解决措施进行了论述。并介绍了硬件框图、各电路功能和软件功能及软件流程图。     

多频简谐激励下裂纹梁的非线性振动响应

主要对含裂纹梁在振动与超声波联合激励下所出现的非线性动力响应的机理和特性进行研究.将疲劳裂纹在外加激励下的状态简化为周期性张开-闭合的非线性过程,基于圣维南原理,采用有限元方法建立了含非对称疲劳裂纹梁的非线性数值分析模型.利用非线性输出频率响应函数(NOFRFs)概念,对裂纹梁在高-低频简谐激励下所出现的非线性动力响应特性的机理进行了解释.具体以悬臂梁为例,仿真分析了裂纹深度和裂纹位置等参数的变化对系统非线性动力响应特性的影响规律.     

用谐波-能量平衡法求解单摆方程

应用谐波—能量平衡法求解了强非线性单摆方程,谐波-能量平衡法与经典的摄动法和谐波平衡法不同,不是把微分方程和初始条件分离处理;而是把微分方程和初始条件同时处理.用谐波平衡,将描述动力系统的二阶常微分方程,化为以角频率、振幅为变量的非线性代数方程组,考虑能量平衡,构成角频率、振幅为变量的封闭方程组求得解析解.谐波-能量平衡法将谐波平衡与能量平衡相结合,克服了二者的缺点吸取了二者的优点.实例表明,谐波-能量平衡法方法简单,取较少谐波就可以达到较高的精度.     

基于双基频多带激励分离模型的元音分离

听觉场景分析(AuditorySceneAnalysis,ASA)是一种模仿人的听觉特性实现对混叠声音信号进行分离的方法。作为ASA的基础研究,论文针对各种ASA系统存在的相近频带信号无法有效分离问题,提出了一种新的基于双基频多带激励分离模型的元音分离系统,该系统利用两语音信号的基音轨迹特性提取多带激励分离模型中两基频对应的语音的各次谐波参数,将两组参数代入多带激励合成模型从而得到两个分离的语音信号。文中给出了算法的原理与具体描述。仿真实验结果表明,系统对存在基音频率差异的元音信号能实现有效的分离。     

基于无线能量采集的多跳网络安全传输中的路径选择

针对具有无线能量采集技术的多跳传输网络,提出了全双工中继网络在有多个窃听者和多个功率节点场景下进行多跳多路径传输时的路径选择问题。首先,所提系统模型在有多个窃听者和功率节点的场景下进行信息传输,将源发射端和接收端之间的最佳路径作为数据传输路径。然后,为了增强系统性能,中继节点对功率节点发出的射频信号进行能量采集并利用所获能量来进行下一跳的数据传输。最后,推导出了所提路径选择方法在瑞利衰落信道下端到端中断概率的精确表达式,蒙特卡洛仿真和理论分析曲线拟合较好,说明了理论推导的正确性,以及所提方法具有性能上的优越性。     

时滞反馈与多频激励联合作用下Duffing振子的快慢动力学

研究了状态时滞反馈与多频混合激励联合作用下Duffing振子模型的非线性动力学.通过讨论特征方程根的分布情况,给出了时滞系统Hopf分岔条件,得到时滞量和反馈增益的分岔曲线,揭示了系统稳态解的共存与动力学转迁方式.结合数值算例,揭示系统在不同参数条件下的快慢动力学行为.结果表明,时滞量及其反馈增益可以显著影响系统的多尺度效应,调谐多频激励幅值亦可以改变快慢变流形的动态特性,从而使得Duffing振子产生不同振荡模式下的复杂动力学行为.     

带有NES-GMM的弹性支撑梁振动控制及能量采集研究

本文针对带有非线性能量阱-超磁致伸缩材料 (NES-GMM) 的弹性支承梁的振动抑制及能量采集问题开展了研究.基于哈密顿原理、伽辽金方法并考虑GMM的本构关系,推导了梁、NES及GMM的耦合控制方程.利用四阶龙格库塔方法对谐波激励下梁的响应进行了数值分析.本研究首先从时域和频域两个方面分析了NES-GMM对梁的振动抑制效果,随后探讨了外界激励频率变化对NES-GMM装置能量耗散及采集性能的影响.此外,本文还分析了NES的非线性刚度、线性阻尼、惯性系数及NES-GMM加载位置等参数对振动控制和能量采集效果的影响.研究结果表明,NES-GMM 系统能有效降低弹性支承梁在谐波激励下的多模态横向振动,并在振动抑制与能量采集两方面展现出良好的独立性能.     

电能量采集自动化系统结构分析

文章首先就电能量采集系统的概念作出说明,而后进一步对于其设计和实现的基本原则作出剖析,最后进一步从电能量采集系统的构成角度出发,对其主要构件以及相应的功能展开讨论,对于更深一步加强对于电能量采集系统的认识有着积极价值。     

《结构动力学》中多频激励多自由度系统稳态解的新方法

本文建立了一种多频激励下多自由度系统的特征值和稳态解的解析求解新方法.基于叠加原理,首先将稳态响应根据激励频率数量展开成多个简谐响应的叠加;其次,根据简谐平衡原理,将弹簧力、激励荷载以及惯性力分解成同样个数的对应荷载叠加;再次,根据达朗贝尔原理建立弹簧和质点的动态平衡方程;最后,根据传递矩阵法进行求解.通过4自由度系统...     

基于Walsh函数的同时多频信号采集系统设计

为获得不同组织、器官在同一时间不同频率下的阻抗值,设计了一套基于Walsh函数的同时多频信号数据采集系统。设计中选用AD9240作为A/D转换芯片,利用Cyclone IVEP4CE115F29C7N FPGA构造FIFO作为采样数据的缓存器,通过串口将FIFO中的数据传输到计算机进行波形的恢复。实验结果表明,系统能正确采集同时多频信号。     

风致驰振型电磁俘能器输出性能仿真分析

对一种横风向驰振的电磁俘能器输出性能进行了研究。建立了风致驰振型电磁俘能器输出电流与输入风速关系数学模型,应用谐波平衡法求得了方程近似解析解。通过与龙格-库塔法数值解比较验证了解析解的正确性,随后仿真分析了激励风速和无量纲负载电阻r对驰振频率和切入风速的影响关系,并研究了机电耦合系数、线圈电感和电阻对切入风速和平均功率的影响关系。结果表明,低r值时,受高切入风速制约,俘能器不易发生驰振。俘能器驰振后,最优r值不低于1,最优功率会随着机电耦合系数的增加而增大并逐渐趋于饱和。当r取值范围为[0.01,100]时,低风速条件下,增加线圈电感值可以降低系统在低r值处的切入风速,拓宽可驰振的r值范围,改善低r值处输出功率。高风速条件下,低于49.3 mH的线圈电感对输出功率几乎无影响,随后增加的线圈电感值能明显降低俘能器在低r值处的输出功率。增加线圈电阻值能提高俘能器在低r值处的输出功率,但过量增加线圈电阻会导致系统最优功率大幅下降。研究结果为风致驰振型电磁俘能器的设计提供理论参考。     

点阵夹芯梁在气动力下的振动控制与能量采集

本文提出了一种带有振动控制与能量采集的多功能点阵夹芯梁(Multifunctional-Lattice Sandwich Beam, M-LSB)结构.首先,在点阵夹芯梁内部安装了镍钛合金型非线性能量阱(Nitinol-Nonlinear Energy Sink, N-NES),以实现振动抑制.其次,在梁上铺设超磁致伸缩薄片(Giant Magnetostrictive Lamina, GML),通过GML的维拉里效应实现能量采集.根据哈密顿原理和牛顿第二定律,建立了气动环境下耦合系统的运动方程.使用龙格-库塔法计算动力学方程得到了有无N-NES时多功能点阵夹芯梁的时域响应,验证了N-NES的振动控制效果和GML的能量采集效率.结果表明,N-NES可以实现高效的振动抑制,GML可以有效地收集气动环境下点阵夹芯梁的振动能量.     

基于分布式压缩感知的能量收集WSNs

针对无线传感器网络（WSNs）通信功耗和带宽要求高,引起节点寿命短的缺陷,利用WSNs节点感知数据的空间相关性和联合稀疏模型,结合分布式压缩感知（DCS）算法,提出了从能源收集的角度来分析对WSNs数据的压缩重构。通过理论和实验仿真表明：基于DCS的WSNs,在能源平衡方面具有很大的优势,在保证重构信号精确度的前提下大大提高了能源的有效利用率。     

Nonlinear identification of systems with parametric excitation

In this paper, the incremental harmonic balance nonlinear identification (IHBNID) is presented for modelling and parametric identification of nonlinear systems. The effects of harmonic balance nonlinear identification (HBNID) and IHBNID are also studied and compared by using numerical simulation. The effectiveness of the IHBNID is verified through the Mathieu-Duffing equation as an example. With the aid of the new method, the derivation procedure of the incremental harmonic balance method is simplified. The...     

窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学特性与实验研究

本文研究了窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学输出特性.首先,建立了非线性三稳态压电俘能器的分布参数型机电耦合运动方程,并基于多尺度法推导得到系统运动方程响应的解析解以及一阶、二阶稳态矩的表达式.其次,分析了磁铁间距、噪声强度和激励幅值等参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,在一定参数范围内,随着噪声强度的增加,压电振动俘能器会经历阱内振动、阱间振动甚至大轨道周期运动,以表现出单稳态、双稳态和三稳态特性;改变磁铁水平间距和竖直间距构造三稳态压电俘能器,其振动幅值和采集电压相较于双稳态明显提高.最后,通过实验比较了压电俘能器在不同位形时的采集性能,结果表明了三稳态压电俘能器的优越性,为窄带随机激励下的非线性振动俘能器的设计提供一定的理论依据.     

滑动式磁力耦合车路能量收集装置设计、建模与实验

风致振动能量俘获技术是振动能量俘获技术领域的一个研究重点方向,具有解决无线传感器自供电的潜力.本文研究了非线性三稳态风致振动能量俘获系统的输出特性,并建立了动力学模型,对比分析了具有对称和非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统输出特性.分析结果表明,具有非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统初始工作风速较低,实现大振幅振荡的工作风速区间较宽.此外,分析了系统在不同外接电阻、等效质量和等效刚度线性项条件下的输出特性,通过分析发现,在定风速条件下,系统的输出电压随着外接电阻的增加而增加,当外接电阻大于10 MΩ时,输出电压的变化趋于平缓.最后,通过分析发现系统的等效质量和等效刚度线性项会对系统初始工作风速和有效工作风速区间产生影响.     

基于非线性能量收集的全双工认知中继网络的联合优化方法

针对信息传输过程的时间消耗和信道估计误差对网络能效的影响,提出了一种基于非线性能量收集的全双工认知中继网络的联合优化方法。所提方法是在中继采用非线性能量收集并考虑非完美信道状态信息（CSI）的情况下,首先通过将能效非凸优化问题转化为两个凸的子优化问题,从而求出次用户和中继的传输功率以及收集的能量;其次,在保证主用户干扰门限以及最优传输功率非负的情况下,求出传输的信道容量范围;最后,将传输功率代入表达式得到关于时间的目标函数,并利用海森矩阵证明该目标函数为凸函数,进而求出最优传输时间以及功率分割因子,最终得出能效最优解。实验结果表明,在相同条件下,所提联合优化方法的能效相较于仅优化传输功率的能效提升了约84.3%;同时验证了信道估计误差因子为0.01时,所提方法的网络能效降低了约1.9%。     

简谐激励下双弹簧非线性能量阱的优化

研究了简谐激励下双弹簧非线性能量阱(NES)的优化问题.建立了线性振子(LO)附加NES的动力学方程,通过Runge-Kutta法计算系统响应.以最小化LO扫频区间的稳态位移振幅最大值为目标,采用差分进化算法和参数分析方法优化NES的参数,并对比线性吸振器(LVA)的优化结果.研究结果表明,相比LVA, NES实现较好减振效果的弹簧刚度范围更大,NES的较优参数区域和幅频响应容易受激励幅值的影响.