基于混沌理论的心音信号非线性动力学分析

摘要：为了从非线性动力学的角度对心音进行分析,提出了一种基于混沌理论的心音信号的分析方法。首先,计算心音信号的关联维数及最大Lyapunov指数,获取了心音信号递归图和递归定量分析参数;然后,通过13例健康人和13例二尖瓣狭窄病人的心音对其进行分析验证。结果表明：正常及二尖瓣狭窄心音信号的混沌特征具有显著性差异,该方法为实现二尖瓣狭窄的早期辅助诊断提供了依据。     

金属切削过程刀具磨损信号的混沌特征

针对刀具磨损过程中声发射信号非线性特征,提出基于混沌理论的信号分析及特征提取方法。采用延迟时间法对去噪后的时间序列进行相空间重构,分析延迟时间及嵌入维数随刀具磨损的变化规律;用关联维数、最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵三种混沌特征参数定量分析刀具在不同切削条件下随磨损量增大所呈现的变化规律。研究结果表明,刀具磨损声发射信号具有明显的混沌特征,三种混沌特征参数、延迟时间及嵌入维数与刀具磨损状态具有明显的对应关系,可用作刀具磨损状态监测、磨损量预测的特征参数。     

基于混沌特性的心音反控制方法研究

针对正常心音信号和病理心音信号所存在的混沌特性差异,提出了一种将病理心音对正常心音进行跟踪的心音混沌反控制方法。首先提出了心音混沌反控制方法的设计原则和标准,在此基础上设计了一种结合TD与FuzzyPID控制理论的心音信号混沌反控制方法,当输入病理心音时,控制方法能根据另一路读取的正常心音实时自整定PID参数,快速地使病理心音跟踪上正常心音。实验结果与定量分析表明,该控制方法跟踪速度快、误差小、鲁棒性好,控制后的病理心音信号可以很好地对正常心音信号进行轨迹跟踪,且混沌特性得到明显增强。这种心音信号混沌反控制方法,可以用于开发心血管疾病的相关医疗辅助理疗设备,具有可行性和实用性。     

金属材料声发射Kaiser效应的混沌特性分析

对金属材料进行反复加卸载的拉伸试验后通过多参数综合判定法确定Kaiser效应点。对金属材料Kaiser效应点进行混沌特性分析,包括关联维数以及Kolmogorov熵值。经分析发现,Kaiser点信号在一定的时间范围内具有混沌特征,并且Kaiser效应点信号的关联维数及Kolmogorov熵计算值比其前后一段时间内的计算值都低,说明Kaiser点处关联维数及Kolmogorov熵的降低意味着主损伤的发生。     

基于混沌理论砂轮磨钝过程声发射信号试验研究

针对砂轮磨钝过程中声发射信号的非线性特性,通过采集到的砂轮初期、稳定、严重三个不同磨损阶段的声发射信号,在混沌理论的基础上,提取砂轮磨钝过程声发射信号的最大Lyapunov 指数、关联维数以及K熵这三个特征量并进行计算、分析。结果表明,砂轮磨钝过程声发射信号的最大Lyapunov 指数、关联维数和K熵与砂轮磨损阶段存在着对应关系,可以用这三个混沌特征量来对砂轮的不同磨损阶段进行表征,为运用声发射信号实现砂轮磨钝过程的检测提供了一种新的思路。     

基于混沌分形理论的金属疲劳损伤过程的特征分析

为了有效地分析金属疲劳损伤过程中裂纹扩展与演化的特征,提出利用混沌分形理论对蕴含疲劳裂纹扩展规律的超声非线性输出信号进行分析,用Lyapunov指数、K熵、关联维数等特征量对金属疲劳损伤过程的特性进行表征和评价。采用RITEC公司的RAM-5000系统获得具有不同疲劳损伤程度试件的超声非线性输出信号,计算疲劳过程中的Lyapunov指数、K熵、关联维数。分析结果表明金属疲劳损伤过程中超声非线性输出信号具有混沌特性;Lyapunov指数、关联维数、K熵等特征值随疲劳循环次数单调递增,当宏观裂纹出现后趋于饱和,说明疲劳损伤过程中试件内部的复杂程度和混沌特征逐渐增强;由疲劳过程中微裂纹的演化规律可知,混沌分形特征值可以有效地表征试件在疲劳过程中裂纹的变化规律和群体性行为。因此混沌分形理论可以有效地分析金属疲劳损伤过程中裂纹扩展与演化的特征,根据混沌分形特征值—疲劳循环次数的关系,为试件的疲劳寿命预测提供了一种新的分析方法。     

基于混沌特性的输油管道泄漏识别方法

探讨了输油管道的动态压力信号存在混沌特性的可能性.以动态压力变送器的管道运行信号为研究对象,对一维的动态压力时间序列进行相空间重构,求得最大Lyapunov指数,验证了输油管道的动态压力信号确实存在混沌的特性.提出了一种利用混沌理论中的关联维数对管道泄漏进行识别的方法,根据关联维数所属数值区间对不同类型的动态压力信号进行区分.在兰成渝成品油管道的现场实验结果表明,该方法能够有效地识别管道泄漏事件,其总体识别正确率达到93.3%,具有较强的工况识别能力.     

基于K熵和关联维数的金属疲劳损伤过程的声发射信号特征分析

深化对金属疲劳损伤过程中声发射信号的特征认识,是运用声发射信号对金属结构损伤过程进行监测预测的重要基础热点问题。针对金属疲劳损伤经历裂纹萌生阶段、裂纹缓慢扩展阶段、裂纹快速扩展阶段、临近破坏等四个阶段产生大量的声发射信号,采用K熵和关联维数等混沌特征量来分析海量的声发射信号;通过对45号钢试件进行三点弯曲疲劳试验、测试得到试件疲劳损伤过程的声发射信号,分别估算不同时间段所产生声发射信号的K熵和关联维数,分析结果表明金属疲劳损伤过程的声发射信号具有混沌特征,其K熵和关联维数的变化趋势与金属疲劳损伤过程的四个阶段具有较清晰的对应关联,表明K熵和关联维数可以较好的揭示金属疲劳损伤过程的动力学特性,这将为运用声发射信号实现金属结构疲劳损伤在线监测及预测提供了一种新思路。     

关联维数在大型旋转机械故障诊断中的应用

将描述混沌运动搓联维数用于大机组振动信号的分析,并针对故障诊断的实际情况,从点间距的计算、动态关联和标度区的判断等方面对关联维数的Ｇ－Ｐ算法作了一定的改进。分析结果表明：由于不同故障的动力学产生机制不同,通常也具有不同的关联维数。因此,关联维数可用于非线性故障的特征提取。     

基于混沌理论的音乐信号非线性特征研究

音乐信号是人们表达情感与交流的重要形式,其实际是一个时滞的非线性动力学系统,用传统手段难以分析音乐信号的非线性特征。根据音乐的曲式结构中的小节对音乐信号进行划分,分析音乐信号局部特征并由此总结推测其整体特征。通过计算分析音乐信号的功率谱和李雅普诺夫指数,验证音乐信号具有弱混沌特性。其关联维数的计算结果表明音乐信号具有复杂的内部结构,且经典钢琴曲有较一致的特征,对比Disco等乐曲,其内部结构更复杂。对音乐信号差分运算后的关联维数计算结果,证明了其非线性特征具有稳定性。     

隧道爆破振动信号的混沌特征分析

基于混沌理论,将邻近隧道爆破、上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数等核心参量计算,分析隧道爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,邻近隧道爆破作用下既有隧道振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数均大于0,可判定其具有混沌特征;上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应信号的Lyapunov指数也均大于0,表明其也具有混沌特征。研究表明,隧道爆破振动信号具有混沌特征,随着钻爆作业面与既有隧道爆心距减小,λ值变大,隧道爆破振动响应的混沌特征增强,应更加强钻爆参数的合理优化和爆破振动实时监测,确保施工质量和爆破安全。     

关联维数在齿轮箱振动信号特征提取中的应用

论述了关联维数的基本概念和性质，给出了定量描述分形特征的重要参数——关联维数的计算方法，分析了齿轮葙故障时振动的特点．通过对试验获取的齿轮故障振动信号进行分析计算，确定了关联维数与齿轮葙故障程度之间的联系．结果表明，齿轮箱的不同运行情况对应的关联维数有明显不同．因此，可用关联维数作为区分齿轮葙工作状态的特征参数．     

基于分形理论的自动舵液压阀故障诊断方法研究

针对自动舵液压阀工作过程中存在的非线性问题,提出一种以阀芯位移信号分形特征为判据的故障诊断方法,并研究了分形特征参数——关联维数的计算方法和参数的选择。在建立液压阀数学模型的基础上,对液压阀正常和故障进行仿真,通过确定时间延迟、嵌入维数和无标度区,计算阀芯位移数据的关联维数。结果表明:不同状态的关联维数值具有明显的可分性,可以定量表征液压阀的工作状态,进而达到装备故障诊断的目的。     

微弧氧化时电流、声信号和光信号与涂层形成电压的关系

介绍了电流、电信号、光信号等参数对微弧氧化形成涂层性质、厚度等的影响.用测量法和计算法证明了各形成电压范围下微弧击穿的后果及涂层厚度与其形成电压的密切关系.     

改进相空间重构方法在混沌识别中的应用研究

讨论了传统非线性时间序列相空间重构方法的特点。提出了一种改进的相空间重构方法．为了揭示非线性时间序列中的非线性相关性。采用了一种基于关联积分的统计量，并研究了不同参数对它的影响．研究了延迟时间和嵌入维数之间的关系，并采用时间窗口描述这2个参数的变化规律．同时，应用改进方法计算了混沌时间序列的重构参数。重构了混沌信号的吸引子．研究结果表明。该方法能够从时间序列有效地重构原系统的相空间，为混沌信号识别提供了新的途径．     

听力正常老年人皮层听觉诱发电位研究

文章研究了听力正常老年人的P1-N1-P2波的特征值及其影响因素,并初步探讨其与言语感知之间的相关性。对40例听力正常的老年人进行了不同频段言语刺激声条件下的P1-N1-P2波测试与不同信噪比条件下的言语识别率测试。使用非参数检验分析不同言语刺激声频段P1-N1-P2波各波潜伏期、幅值的差异性,使用斯皮尔曼(Spearman)相关性检验分析老年人年龄、纯音听阈与P1-N1-P2波潜伏期、幅值之间的相关性;使用Spearman相关性检验分析P1-N1-P2波各波潜伏期和幅值与言语识别率之间的相关性。结果表明,刺激声频段、年龄、纯音听阈对听力正常老年人P1-N1-P2波各波潜伏期、幅值有显著影响,听力正常老年人P1-N1-P2波特征值与言语感知具有相关性。     

城市高架桥拆除爆破振动信号的非线性特征分析

为研究高架桥拆除爆破振动响应动力学机制,分析爆破振动、塌落振动时间序列的动力学因素,将拆除爆破振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数、Kolmogoro熵等核心参量计算,分析高架桥拆除爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,爆破振动及桥体塌落冲击作用下振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数、Kolmogoro熵均大于0。研究表明：高架桥拆除爆破振动信号具有典型的混沌特征,为混沌非线性理论引入爆破振动危害效应分析领域奠定了理论基础。     

利用间歇混沌检测含噪未知频率信号的研究

研究发现被测信号频率和干扰噪声变化都会引起间歇混沌间隔的变化,通过仿真实验分析了被测信号频率和干扰噪声对间歇混沌特征影响的相互关联关系,从理论上分析了被测信号频率和相角变化对间歇混沌特征的影响,提出了一种利用间歇混沌特征变化测量含噪未知频率信号的方法,设计了有噪声和无噪声两种环境中对声波信号频率的检测实验。实验结果显示与Duffing混沌系统相比,利用Liu-cos混沌系统间歇混沌检测含噪未知频率信号的效果更好。     

基于主成分分析马氏距离的支腿控制阀健康评估

支腿控制阀的性能是影响起重机支腿系统伸缩性能的重要因素之一。为了准确的评估支腿控制阀的健康性能,提出一种支腿系统的性能衰退与健康状态的评估方法,该方法基于PCA降维与马氏距离相结合的分析模型,建立不同状态下传感器信号与关键零部件的映射关系,从而达到对起重机支腿系统性能衰退量化评估的目的。该方法应用于起重机支腿控制阀的压力信号,通过对传感器信号内蕴关系及起重机在各年份提取的特征在特征空间的相关性分析,以得到量化性能评估结果。与常见的其他方法相比,该模型能够准确地反映起重机支腿系统历年来的性能衰退趋势,具有更好的鲁棒性与泛化性。