防坠安全器现场检测装置信号处理方法

针对目前使用的防坠安全器现场检测装置检测精度不高的问题,提出了一种新的加速度信号处理方法。基于新息卡尔曼滤波算法和优化滑动窗口设计了综合自适应卡尔曼滤波器,去除原始加速度信号中的噪声。同时利用最小二乘拟合多项式的方法对积分过程中的一、二次趋势项进行消除。理论推导了滤波算法,并进行了实验,实验结果表明,该信号处理方法对于检测装置的信号具有良好的滤波效果,大幅度提升了检测结果的精度。     

转子系统轴承载荷信号降噪方法的研究

针对传统的形态学滤波和小波降噪算法不能很好地对转子轴承载荷信号进行降噪,在这两种算法的基础上提出了一种小波形态滤波方法。给出了该方法的降噪原理,研究了该方法在随机噪声干扰下的降噪效果。比较了小波形态滤波与形态学滤波分别对仿真信号与工程实际信号的滤波效果。结果表明:小波形态滤波方法可以很好地消除转子轴承载荷信号中随机信号的干扰,提高信号的信噪比,并且抑制了信号失真现象的出现,实现信号的降噪处理。     

基于MED和ICA的滚动轴承循环冲击故障特征增强

针对强噪声背景下多个传感器对同一振动源同步采集多组数据的情况,提出一种基于最小熵解卷积和独立成分分析的联合降噪方法,并用于滚动轴承循环冲击故障特征的提取。利用最小熵解卷积对各传感器的信号分别进行盲解卷滤波,消除信号传递路径的影响,从噪声信号中初步提取出故障冲击特征;对各传感器的滤波信号进行独立成分分析处理,将信号进行重组后得到重构分量,进一步消除噪声成分,使故障冲击特征成分得到二次增强;选取峭度最大的最优独立成分分析重构分量并进行包络谱分析,得到诊断结果。通过仿真数据和实验室数据分析验证了该方法能够增强滚动轴承的循环冲击特征,便于识别故障类型。     

小波变换的流体压力信号自适应滤波方法研究

为了有效地消除流体压力信号中的噪声,提出了一种基于小波变换的自适应滤波算法,该算法针对信号和噪声经小波变换后在不同尺度上的特征不同,先对信号进行小波多尺度分解,然后对各尺度分解的信号分别选用不同的滤波参数,进行自适应滤波处理,并用该方法对液压系统运行中采集的压力信号进行降噪处理.试验结果表明,该方法比普通的自适应滤波方法能更有效地消除流体压力信号中的噪声.     

基于粒子滤波和自回归谱的液压泵故障诊断

针对飞机轴向柱塞式液压泵的工作状态监控问题,提出了一种基于液压泵振动信号分析处理的故障诊断新方法。通过对加速度传感器的原始数据序列进行信号建模,利用粒子数优化后的粒子滤波算法进行降噪;根据滤波后信号的自回归谱提取特征值,结合液压泵的故障机理分析其工作状态,实现对液压泵的故障分析和诊断。实验及仿真结果表明,粒子滤波可有效跟随原始信号并滤除噪声干扰,基于粒子滤波和自回归谱的液压泵故障诊断方法能有效地提取故障特征值,实现故障诊断和识别。     

基于SSCF和TSET的滚动轴承冲击故障诊断方法

在对滚动轴承进行故障诊断时，因为噪声等因素的干扰，会导致轴承的冲击故障特征识别困难，针对这一问题，提出了一种基于相似分段协同滤波(SSCF)和时间重排同步特征提取(TSET)的滚动轴承故障诊断方法。首先，利用SSCF对待分析信号划分相似片段，并将其排列成二维阵列，分别用Savitzky-Golay滤波器和多项式拟合算法在X、Y两个方向上进行了滤波处理，再进行了信号的重构，实现了对信号降噪处理的目的；然后，基于同步压缩变换的理论框架，利用TSET进行了群延时估计和时间方向上的时频能量重排，从而获得了清晰集中的冲击特征时频表达；最后，通过计算时频脊线之间的时间间隔确定了故障特征频率，从而实现了对滚动轴承进行故障诊断的目的；同时，对数值仿真信号以及试验台轴承故障数据进行了分析和验证。实验结果表明：经SSCF降噪处理后的相关系数最大，为0.825 5,比小波阈值降噪高了0.250 4,极大地突出了冲击故障特征；TSET算法的Renyi熵值最低，为11.286 1,比SST低了4.386 2,获得了能量更加集中的时频表达。研究结果表明：在强噪声环境下对滚动轴承进行故障诊断时，采用基于SSCF和T...     

一种改进的转子振动信号消噪方法研究

为提高转子振动信号消噪方法的性能,通过分析噪声成分和对应消噪方法的特点,提出了一种基于改进中值滤波与小波包消噪技术相结合的信号降噪新方法.该方法首先根据信号采样频率计算中值滤波器的窗口宽度,从而可以有效滤除含噪信号中的脉冲噪声和部分白噪声;然后再用阈值及其处理函数都经过改进的自适应小波包消噪方法去除残留在信号中的白噪声,最终得到信噪比提高的振动信号.通过仿真信号和转子实验振动信号的降噪处理,对新方法的性能进行了验证.降噪结果表明,该方法在有效消除混合复杂噪声对振动信号干扰的同时,保留了故障信号的细节特征,比一般的小波域中值滤波降噪方法更为有效.     

强噪声背景信号的Perona-Malik扩散滤波算法

为了提取强噪声背景下机械振动信号的微弱故障特征,提出利用Perona-Malik非线性各向异性扩散滤波模型来实现强噪声背景信号降噪的方法。首先阐述了偏微分方程和Perona-Malik扩散滤波模型在图像降噪中的应用;其次分析了小波变换等传统信号降噪方法的不足;最后基于图像降噪和信号降噪原理的相似性,利用Perona-Malik扩散滤波模型来实现机械振动信号的降噪,将其用于轴承振动仿真信号和实测信号。实验表明,与小波阈值去噪算法等传统信号降噪方法相比,Perona-Malik扩散滤波模型更适用于强噪声背景信号降噪,同时兼顾了信号去噪和保留信号细节特征的双重要求。     

粒子滤波在含噪齿轮箱故障盲源分离中的应用

在机械故障诊断中,传感器所获得的信号不可避免地受到各种未知噪声的干扰,针对这种复杂噪声环境下的机械信号盲源分离不能得到较好分离效果的问题,提出了一种将粒子滤波用于含噪信号盲分离的方法,首先利用Rao-blackwellised粒子滤波对观测信号进行降噪处理,然后再进行独立分量分析。仿真和实验结果表明该方法是有效的。     

局部奇异值分解降噪的研究

利用测试信号构造连续截断矩阵进行奇异值分解(SVD)是消除随机噪声干扰的有效方法,针对时域信号较长在分解中无法自适应确定分离阶数的问题,提出一种分段串联奇异值分解降噪方法。该方法先将信号连续截断成分段信号,然后分别进行奇异值分解的降噪,再通过拼接得到降噪后的信号。仿真及实验结果表明,该方法有效。利用该方法处理混凝土泵车的振动噪声测试信号,可有效提高其信噪比,最大程度地优化信号去噪的效果,提高分析的可靠性。     

光寻址电位传感器的噪声分析与信号处理方法研究

鉴于光寻址电位传感器(LAPS)的响应信号较弱,传统的抽取频域基波分量的方法易受信号漂移和随机噪声的影响,提出了一种基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法。基于光寻址电位传感器件的理论模型构建了其等效电路模型,推导得到输出信号的表达式,分析了漂移与噪声产生的原因及其抑制方法。通过实验检测了不同pH值的溶液,并采集了系统输出的光电流信号。求取信号傅里叶变换后频域中的基波分量、二次谐波分量、三次谐波分量的谱线幅值的均方根,然后对归一化电流-偏压(I-V)特性曲线进行卡尔曼滤波。实验结果表明,相对于单纯抽取基波分量的方法,基于频域分量均方根和卡尔曼滤波的两步信号处理方法使检测结果的均方差(MSE)降低了97%,显著减少了信号漂移和随机噪声对检测结果的影响。     

采用自适应可靠因子的联合双边散斑条纹滤波方法

在基于电子散斑干涉法的测量系统中,干涉条纹常常会存在大量噪声从而影响后续相位的提取。 为解决双边滤波无法 处理大噪声的问题,提出了一种融合加窗傅里叶滤波的联合双边滤波方法并用于处理存在高噪声的电子散斑干涉条纹。 在该 方法中,引入加窗傅里叶初步滤波后的图像作为联合双边滤波的导向图,并构建更可靠的自适应像素值相似度因子,从而提供 更可靠的引导信息和更好的滤波效果。 该方法被应用到高、中、低、可变密度 4 种不同密度的模拟条纹和实验采集到的大噪声 条纹上,并将其与原始双边滤波和加窗傅里叶滤波相对比。 实验结果表明:与其它滤波方法相比,该方法得到的条纹最光滑,结 构最完整。 对本文模拟的条纹滤波后峰值信噪比提高 1. 0 ~ 4. 2 dB,结构相似度和边缘保持指数最高,相位的均方误差最小。 所提出的方法调整更方便,对 330×330 大小的模拟条纹处理时间仅为 4 s 左右。     

Face Rub-Impact Monitoring of a Dry Gas Seal Using Acoustic Emission

Face rub-impact of a dry gas seal was investigated using acoustic emission (AE) technology. A force applicator was designed and mounted on the seal test rig to provide controlled misalignment and thus induce rub-impact of the seal faces. Two types of AE sensor were mounted at different positions on the seal. For the PICO AE sensor mounted directly on the seal ring, the root mean square (RMS) of the original AE signal was sensitive to face rub-impact of the seal. When force was applied, the AE RMS of the PICO sensor gave a distinct periodic waveform with a period consistent with the rotational period above an initial noise signal. The magnitude and shape of the waveform changed as the applied force increased. For the R15α AE sensor mounted on the housing of the seal, no obvious changes could be found from the RMS of the original AE signal synchronously obtained during loading. Two kinds of signal processing methods were tried to eliminate noise. After band-pass filtering, the RMS of the AE signals of the R15α sensor indicated face rub-impact when the misalignment was relatively large. The empirical mode decomposition method using masking signals was found to be more effective than band-pass filtering in eliminating the noise but took much more computational time. The results indicate that the AE technology is a potentially effective tool in monitoring and investigating face rub-impact of dry gas seals.     

Investigation of the milling stability based on modified variable cutting force coefficients

The cutting force signal distortion is caused by the dynamic characteristics of cutting force testing system. In order to handle this issue, we propose two improvements in the traditional inverse filtering technology. Firstly, we use three-spline interpolation method instead of the curve fitting method to fit the frequency response function of the test system which basically improves the accuracy of fitting. Secondly, the low-pass filter is added before the inverse filter to eliminate the influence of the high-frequency noise signal on the cutting force signal. We choose the cavity-free surface of outer covering parts of mold of automobile as research objects. The inverse filter dynamic compensation technology has been used to remove the influence of the dynamic characteristics of the test system and the high-frequency noise on the cutting force signal. The effectiveness of the proposed method is verified by relative milling experiments. Based on the experimentally measured forces after dynamic compensation, the modified cutting force coefficients are obtained using the average milling force method. The variation law of the cutting force coefficients with the axial depth, the radial width, and the feed rate is examined. Based on the modified variable cutting force coefficients, the 3D stability of the ball end milling cutter surface has been obtained using full-discretization approach. Combining the results from the cutting experiment and the nonlinear method, the stability prediction based on the modified variable cutting force coefficient can improve the prediction accuracy. The results provide theoretical support for the optimization of the machining process of the cavity-free surface of outer covering parts of mold of automobile.     

壳段厚度激光检测信号的变分模态分解去噪

针对双激光位移传感器测量大型壳段厚度过程中噪声对检测精度的影响,提出利用变分模态分解来实现对厚度信号的自适应去噪,利用相邻固有模态函数之间的离散Hellinger距离来获取最佳的模态数。该方法将变分模态分解算法引入到激光信号的自适应滤波过程中,分析并改进了变分模态分解算法的过分解、欠分解以及能量泄露的问题。然后,对改进的变分模态分解与希伯特振动分解和自适应噪声总体集合经验模态分解进行性能对比,提出了固有模态函数的相对瞬时能量概率的概念。最后,结合离散Hellinger概率分布距离理论判断固有模态之间的信噪分界点,实现了对信号的重构及滤波处理。仿真和实验结果表明,该方法对壳段厚度信号处理的信噪比为39.27dB,比自适应噪声总体集合经验模态分解方法提高了10dB,具有良好的自适应性,无需先验条件便能快速有效地识别并分离激光信号中的噪声成分。     

带温度补偿的低温漂石英微机械陀螺接口ASIC设计

本文通过分析石英陀螺的工作原理,设计了闭环自激驱动、低噪声相敏解调原理的接口电路,并研究了驱动力耦合对零位输出造成的影响,以提高石英陀螺的环境适应性。通过研究传感器敏感表头的空气阻尼和谐振频率等方面的温度特性,得出温度对驱动力幅值的影响。进而提出通过驱动力幅值进行温度补偿的方法。对接口电路温度特性以及对陀螺零位输出的影响进行了分析,设计了全温区带宽恒定的运算放大器单元,抑制由于检测信号中高次谐波分量比例变化产生的温度漂移,并在高压N阱CMOS工艺下流片,实现低温漂接口ASIC。在-45℃~85℃的温度范围内对石英陀螺整机进行零位温度循环测试,利用驱动力幅值对零位输出进行三阶拟合补偿,补偿后全温零位温度漂移小于20°/hr(1σ),短期稳定性为5°/hr,输出噪声为0.001°/s/√Hz。     

电域自适应中红外激光甲烷传感系统

为了抑制甲烷传感器中统计特性无法预知的电学噪声,本文结合递归最小二乘自适应去噪算法和直接吸收光谱技术,使用中心波长为3 291nm的带间级联激光器和多反射吸收气室,研制了一种电域自适应中红外甲烷传感器系统。在传统探测器输出信号(称为信号通道)的基础上,增加了激光器电流驱动器的反馈信号作为噪声通道来感知电学噪声。利用MATLAB软件对最小二乘法在直接吸收光谱技术中的滤波效果进行了仿真。通过在激光器驱动信号中施加不同的噪声,实验验证了最小二乘法的去噪效果。针对该传感器的Allan标准差结果表明,当不使用自适应最小二乘法时,系统在积分时间为6s的检测下限为78.8nL/L;使用RLS自适应算法时,系统的检测下限为43.9nL/L。相比基于传统传感结构和滤波方法的中红外直接吸收光谱传感器,本文所报道的中红外甲烷传感器由于采用了电域自适应滤波方法,因而呈现出更好的抗干扰性和稳定性。     

大口径长条形反射镜组件自重变形的仿真与试验

研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析。根据误差合成原理,提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法;针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象,求解了离轴量变化量与镜面像散的关系。试验结果显示:Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2%,而球面方程拟合法的计算精度为12.6%;对仿真分析结果的误差评价表明,采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10%左右,与球面方程拟合方法的计算精度12.6%基本吻合。研究表明,由于Zernike多项式拟合法自身的局限性,不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合,而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求。     

六轴IMU补偿的磁力计动态稳定校准

磁力计是用于确定机器人姿态的常用传感器之一,在使用过程中极易受到周围环境磁场和量测噪声的干扰.传统的椭球拟合能够校准环境磁场的影响,但是不能抑制量测噪声,且不能实时运行,最新的陀螺仪补偿算法弥补了这些缺点,但是由于陀螺仪存在漂移,所以也会使得磁力计数据发生漂移.文中提出一种使用六轴IMU来补偿校准磁力计的方法,首先通过...     

信噪比改进技术的新发展

概述了改进信噪比在信号分析与处理领域的重要性。针对常用改进信噪比方法的不足之处,介绍了小波去噪方法的基本原理,并在基于最小二乘法的降噪方法的基础上,提出了一种通过滤波的改进的最小二乘法。还介绍了文中所提出的方法在通过计算机进行运算处理时的步骤。最后,通过仿真数据说明了该方法的实用性和有效性。