基于CEEMD和小波包阈值的组合降噪及泄流结构的模态识别方法

水流荷载激励下,泄流结构模态识别的实测振动信号常受噪声干扰。以往EEMD算法有添加白噪声造成非标准IMF导致的模态分裂问题及IMF有噪声残余不能完整重构信号的完备性问题。而完备总体经验模态分解(CEEMD)法,通过在信号分解的每一层面添加特定高斯白噪声,利用分解后第一阶分量加总平均得到唯一余量计算固有模态函数,克服了EEMD的缺点;同时提出CEEMD与小波包阈值结合的组合降噪方法,运用到向家坝水弹性模型实测振动信号降噪中,验证了该组合方法降噪的有效性;为了提高带噪振动响应模态识别的精度,基于数据相关技术,利用Markov参数构造相关矩阵R,用该相关矩阵重构Hankel矩阵后SVD分解得到系统最小实现,即数据相关特征系统实现法(ERA/DC)。将滤波降噪结合模态识别的整套方法,应用到锦屏一级拱坝的泄流实测振动响应中,得到了较好的应用效果。     

一种适用于泄流结构振动分析的信号降噪方法

针对低信噪比泄流结构振动信号有效信息难以提取问题,提出将小波阈值与经验模态分解(EMD)联合的信号降噪方法。利用小波阈值滤除大部分高频白噪声,降低EMD端点效应;进行EMD分解获得具有相对真实物理意义的固态模量(IMF);通过频谱分析重构特征信息IMF获得降噪信号。构造仿真信号,将该方法与数字滤波、小波分析及EMD降噪效果进行对比。结果表明,该方法能精确滤除泄流结构的振动噪声保留信号特征信息,滤波降噪较优越。将其用于拉西瓦拱坝水弹性模型,精确分析坝体结构振动优势频率,为坝体结构的安全运行与在线监测提供基础,亦为大型泄流结构在强背景噪声下的结构有效信息提取提供捷径。     

基于CEEMDAN与SVD的泄流结构振动信号降噪方法EI北大核心CSCD

针对泄流结构振动信号非平稳性和特征信息被强噪声淹没的实际问题,提出一种基于具有自适应噪声的完整集成经验模态分解(CEEMDAN)和奇异值分解(SVD)联合的信号降噪方法。对一维泄流振动信号时程进行CEEMDAN分解,将信号分解为一系列固有模态函数分量(IMF),运用频谱分析方法筛选包含主要振动信息的IMF分量,滤除低频水流噪声,实现信号的初次滤波;利用排列熵理论确定含噪声较多的IMF分量,采用奇异值分解技术提取奇异值信息,运用奇异熵增量定阶理论滤除IMF分量中的高频噪声,实现信号的二次滤波;将包含结构振动信息的IMF分量重构,得到泄流结构的工作特征信息。结合拉西瓦模型振动实测数据,运用该方法进行计算分析,滤除高频和低频噪声,提取结构振动特征信息;结果表明该方法在泄流结构特征信息提取方面具有优越性,可为泄流结构在线监测和安全运行提供依据。     

基于CEEMDAN与SVD的泄流结构振动信号降噪方法

针对泄流结构振动信号非平稳性和特征信息被强噪声淹没的实际问题,提出一种基于具有自适应噪声的完整集成经验模态分解(CEEMDAN)和奇异值分解(SVD)联合的信号降噪方法。对一维泄流振动信号时程进行CEEMDAN分解,将信号分解为一系列固有模态函数分量(IMF),运用频谱分析方法筛选包含主要振动信息的IMF分量,滤除低频水流噪声,实现信号的初次滤波;利用排列熵理论确定含噪声较多的IMF分量,采用奇异值分解技术提取奇异值信息,运用奇异熵增量定阶理论滤除IMF分量中的高频噪声,实现信号的二次滤波;将包含结构振动信息的IMF分量重构,得到泄流结构的工作特征信息。结合拉西瓦模型振动实测数据,运用该方法进行计算分析,滤除高频和低频噪声,提取结构振动特征信息;结果表明该方法在泄流结构特征信息提取方面具有优越性,可为泄流结构在线监测和安全运行提供依据。     

基于HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法

根据高拱坝泄流结构自身的工作特点,为准确辨识环境激励下的结构模态参数特征,提出了一种基于改进的HHT-RDT算法的高拱坝泄流结构工作模态识别方法。以某高拱坝原型振动响应测试资料为基础,利用改进的小波阈值-EMD算法对原始信号进行降噪预处理,滤除干扰噪声的同时保留有效特征信息;采用HHT-RDT算法识别高拱坝泄流结构的工作模态参数,运用带通滤波对振动响应信号的EMD过程进行控制得到结构的各阶模态分量,利用RDT法提取各阶模态分量的自由衰减信息,识别出高拱坝泄流结构系统的固有频率及阻尼比。工程实例表明,该方法避免了复杂系统定阶过程,有效提高结构振动响应工作模态识别精度,为辨识高拱坝泄流结构的工作模态参数提供捷径。     

基于交叉证认的EMD小波滤波在大桥动态监测去噪中的应用

在大桥动态位移监测中,为了更好地滤除噪声,提出了一种改进的交叉证认EMD小波滤波方法。即先用EMD对信号进行分解,再用交叉证认方法自适应地算出噪声主导分量,最后用小波阈值对噪声主导分量进行滤波;其中阈值函数选取极为关键,给出了一种新的阈值函数计算方法;最后进行信号重构。实例分析表明,该方法能够更有效地滤除噪声,提取大桥振动信息,是一种高效的去噪方法。     

基于小波阈值去噪与EMD分解方法提取润扬大桥振动信息

在以润扬大桥为例的特大型桥梁动态振动监测中,数据量大且复杂,为了更好地滤除噪声获取真实振动信息,提出了一种小波去噪与EMD分解融合的方法。即先用小波方法对信号进行分解,再用改进的阈值函数进行滤波,目的主要是滤除白噪声;然后再对小波阈值去噪后的信号进行EMD分解,对分解后的信号进一步频谱滤波,最后进行信号重构。实例分析表明,该方法能够更有效地滤除噪声而提取大桥振动信息,是一种高效的去噪方法。     

基于小波包和LMS自适应降噪的柴油机振动诊断

由于柴油机振动信号的特征频带和噪声频带存在重叠现象,利用小波阈值消噪时难以选取合适的小波阈值,针对该问题提出一种基于小波包的LMS自适应滤波降噪方法。该方法将小波包与LMS自适应滤波相结合,首先利用小波包变换对信号进行多层分解,然后以噪声干扰对应尺度上的第一层“细节”分量及最大分解尺度上的逼近分量重构信号,将重构后的信号作为LMS自适应滤波器原始输入信号,再以小波包最大分解尺度上的高频细节信号作为自适应抵消器的参考输入信号,进行LMS自适应滤波降噪处理。仿真计算和工程应用表明,该方法参数设置较少,易于控制,不涉及小波阈值降噪中阈值的选取问题,对比试验信号的分析验证了方法的有效性,将该法应用在柴油机振动诊断中提高了故障识别率。     

高拱坝泄流激励下基于频域法的工作模态参数识别

水工结构的模态参数是评估在役水工结构运行状态的指标之一,水工结构运行状态健康诊断的核心技术之一就是如何通过各种技术手段获取结构的模态参数指标.研究高拱坝在泄流激励荷载作用下,仅利用结构输出响应识别结构工作模态参数.首先,对高拱坝泄洪诱发振动的激振荷载特性进行了研究;其次,分别建立了以典型水流脉动荷载和白噪声荷载作为输入激励的悬臂梁动力响应数值模型,仅利用输出响应识别了悬臂梁的模态参数,并对识别结果进行了对比分析,论证了以水流脉动荷载作为未知输入仅利用流激振动响应进行结构工作模态参数识别的可行性.最后以二滩拱坝泄洪振动原型观测数据为基础,对二滩拱坝的泄洪工作模态参数进行了识别并评估了该拱坝的泄洪动力性态.     

基于CEEMD与自适小波阈值组合降噪在OPAX方法的应用

针对如何从降噪的角度去提高扩展工况传递路径分析(OPAX)方法的分析精度,提出运用互补集合经验模态分解(CEEMD)与自适小波阈值相结合的降噪方法。采用样本熵将分解后信号的本征模态分量划分为噪声、含噪和信号分量。剔除噪声分量,将不同含噪分量的样本熵归一化后作为调参参数并应用于新构造的小波阈值函数,通过含噪情况调整阈值函数来提高降噪效果,并将降噪后的含噪分量跟信号分量一同重构得到完整信号,运用仿真计算验证上述方法能最大程度保留原始信号的完整性。应用到OPAX模型中,对其工况数据(时域振动信号)进行降噪,与其他降噪方法一同对比发动机二阶情况下目标点的计算的合成响应与实测响应,发现CEEMD与自适小波阈值组合降噪改进的OPAX方法吻合程度较高,效果较优。     

基于EMD和小波熵阈值算法的超声回波信号降噪

超声检测信号中通常包含大量噪声,而其中材料晶界散射的噪声是一种相关噪声。鉴于传统的方法难以将这种噪声和缺陷回波信号区分,提出一种EMD和小波熵阈值联合降噪的算法。该算法首先对目标信号进行EMD分解,提取具有噪声特性的IMF分量进行小波分解,利用含噪系统熵增的特性,在分解各尺度层的细节部分选用小波熵自适应阈值降噪,然后将剩余分量和降噪处理后的信号进行重构。仿真信号结果表明:该降噪方法(EMD-WET)输出信号的信噪比(SNR)为7.9 d B、均方根误差(RMSE)为18.1、相似系数(NCC)为0.92,优于传统的小波软、硬阈值方法。对实测信号进行处理,该方法降低信号中的大部分噪声,更好地还原回波信号的波形。     

基于峰度检验和小波包分解的海洋平台脉冲噪声处理方法研究

海洋平台处于复杂的环境中,不仅受到风浪流的作用,而且还受到平台本身各种机器运转的影响,所以在平台上采集的信号一般都不可避免地包含大量噪声。其中,脉冲噪声是振动响应数据处理中经常遇到的干扰,严重影响了后续损伤敏感特征的提取。为了更好地消除脉冲噪声对特征提取的不利影响,引入了一种峰度检验和小波包阈值联合的降噪方法。将测得的原始信号进行峰度检验,确定脉冲噪声的影响区间,对区间内的信号进行小波包阈值降噪处理,并对处理后的小波包系数进行重构得到降噪信号。针对某在役导管架平台的实测数据,验证了该研究提出的降噪方法的有效性。结果表明,该方法改善了受脉冲噪声影响的加速度信号的质量。     

铁路轨道几何数据冲击噪声小波-有序中值滤波方法

结合小波分析及有序中值方法(ROM),提出铁路轨道几何数据冲击噪声自动滤波方法。利用传统中值滤波技术滤除冲击噪声会减少信号的有用信息及质量,提出利用小波分析将信号分解成含冲击噪声的高、低频信号;利用ROM自动识别高频信号中冲击噪声位置并滤波。据铁路轨道几何数据特点与阈值指标的内在关系,将ROM两阈值指标合并成一个,并据专家知识确定阈值。新方法具有简单、高效及强健优势,且可在线实现。用新方法对含冲击噪声的模拟信号、实测轨道不平顺信号进行滤波,结果表明该方法不仅能准确识别冲击噪声位置并自动修复,且能完整保留道岔处大轨向、大值超限等有用信息。     

强震后基于泄流激励的映秀湾水电站拦河闸动态检测与损伤评估研究

以泄流荷载作为激励源,基于泄流激励对结构产生的动力响应,在模态参数识别的频域分解法的基础上,提出模态一致性函数(MCF),解决通过CMIF指示函数拾取峰值是结构真实模态频率还是噪声引起的虚假模态频率(如水流噪声频率)的主观性难题,有效地提高了泄流激励下结构模态识别精度;在此基础上,对遭受汶川大地震的映秀湾水电站拦河闸结构进行了泄流激励条件下的现场动力测试与模态识别,同时对拦河闸结构在不同部位和不同损伤程度条件下的耦合动力特性进行了数值模拟,建立了拦河闸结构损伤评估样本库,最后进行了拦河闸结构损伤评估;通过拦河闸现场围堰检查结论与本检测结果的比较,两者吻合较好.所提出的方法可为泄流结构的灾后检测与评估提供一种新的便捷手段.     

EMD相关度去噪及其在轧机信号处理中的应用

基于经验模式分解(EMD)时间尺度滤波特性,在引入相关度分析的基础上提出了EMD相关度去噪方法.首先对含噪信号进行EMD分解得到信号各个本征模函数(IMF)分量,再根据所建立的相关度阈值函数计算各个分量的相关度值,在与预定阈值比较得到满足阈值要求的IMF分量,然后对这些分量进行信号重构得到去噪信号.该方法消除了EMD时间尺度滤波不适用于噪声和信号在IMF成分混叠情况下的限制.通过对平稳含噪信号和非平稳含噪信号进行的去噪仿真研究,表明了该方法的有效性.通过轧机在轧钢时实测信号分析验证了该方法的可靠性.     

一种改进的EMD降噪方法

提出一种改进的基于经验模态分解（EMD）的降噪方法,将基于EMD阈值降噪方法和Savitzky-Golay滤波降噪方法相结合,改进的方法分别将经过EMD分解后得到的噪声信号的高频模态函数用阈值降噪的方法,低频模态函数用Savitzky-Golay滤波降噪的方法,这样既能保持信号的高频部分,又能较好地保持信号低频部分的光滑特性。仿真实验表明,改进EMD方法的降噪性能要优于单独使用EMD阈值方法或Savitzky-Golay滤波方法。     

厂顶溢流式水电站振源特性研究

以某水电站灯泡贯流式机组厂顶溢流布置型式为对象,研究该新型结构的振源组成及对厂房结构影响。通过理论分析结合原型观测数据,对机组运行及泄流产生的厂房结构振动频率进行识别,确定其动荷载来源。分别统计厂房结构主要部位振动达峰值时不同频率所占比重,计算实测工况频带能量对总振动响应的贡献,分析分频振动随负荷的变化规律。结果表明：狭缝射流、转轮叶片振动与协联关系不正确引起的振动为主要振源。泄流诱发厂房振动微弱,对厂房结构运行与安全无影响。该结果可为量级评估该型式水电站厂房振动提供依据。     

桥梁健康监测采样信号 EMD小波相关降噪研究

为了进一步降低桥梁健康监测采样信号的噪声水平,根据其信号特征,在传统EMD小波阈值降噪算法的基础上,提出一种改进的降噪算法,称为EMD小波相关降噪算法。该算法综合了EMD、小波变换和相关检测三种方法的优点,首先对各阶IMF小波降噪前后的分量分别进行整体和局部相关检测,并以前三阶整体相关系数的均值作为降噪阈值,最后进行局部相关阈值降噪,得到降噪后的信号。将该算法与EMD小波阈值降噪和小波默认阈值降噪算法进行数值仿真和有限元仿真试验对比,结果表明,提出的EMD小波相关降噪算法具有更好的降噪效果,能够用于桥梁健康监测采样信号降噪处理。     

基于二维EMD和小波阈值的掌纹图像去噪

为有效抑制掌纹图像中含有的噪声、提高特征提取的精度,提出一种基于二维经验模式分解和小波阈值去噪相结合的掌纹图像去噪新方法。首先,对含有噪声的掌纹图像进行二维EMD分解,得到不同特征尺度的本征模函数子图像;然后对中高频成分的IMF进行小波多阈值去噪;最后将去噪处理后的各IMF与残差图像通过加和进行重构。实验结果表明,该方法与单独的二维EMD滤波及小波阈值去噪相比,去噪效果更明显,提取的主线和细节特征更清晰,因而均方误差最小、峰值信噪比最高。     

真实步伐荷载作用下人行桥振动及共振加速分析

人行振动荷载的准确模拟为精确计算人行桥人致振动响应的关键。为真实模拟单人行走过程对结构的作用,将考虑左、右脚空间交替前行的实测脚步步伐力作为人行振动荷载,提出真实步伐荷载作用下人行桥竖向振动响应计算方法,并通过一实际人行桥人致振动试验验证了该法的准确性;进一步将二阶超谐共振时简支人行桥跨中加速度峰值与各国规范、文献计算结果进行对比分析。计算结果表明,所提出的计算方法精度良好,可为人行桥振动舒适性评价提供精确人行振动荷载模型;由于人行振动荷载简化方法不同,根据不同规范、文献计算得到的二阶超谐共振时竖向加速度峰值相差较大,在人行桥设计中应予以关注。