基于时域线性插值的信号周期方法及误差分析

信号周期或信号基波周期的准确测量是周期信号分析的重要环节.基于时域线性插值的周期检测方法是非同步采样情况下的常用方法,该算法通过计算信号与设定阈值的交叉点间的时间间隔来获得信号周期.插值算法的测量不确定度主要受到阈值、采样频率和信噪比3个因素的影响,推导出了3个影响因素与测量误差之间的关系式,并进行了理论分析.仿真实验证明,通过选取信号平均值作为阈值,提高采样频率,利用带通滤波器降低噪声干扰等方法,可有效地减小插值算法测量误差,提高测量准确度.时域插值算法在谐波分析仪中的应用验证了该算法的实用性.     

一种远程非同步的工频信号相位差测量方法

该方法采用非整数谐波分析算法抑制长范围和短范围频谱泄漏,引入220 V市电信号作为参考信号实现相位差的远程测量和非同步测量,通过牛顿迭代初相计算方法精确计算类正弦信号的初相和相位差。仿真实验和工程应用证明:本文方法可以在±1%频率漂移范围内远程非同步地精确测量正弦和类正弦信号的相位差,具有较高的工程应用价值。     

周期信号谐波分析的一种新方法

本文介绍一种周期信号谐波分析的新方法——准同步采样谐波分析法,能有效地减小同步偏差(采样周期与信号周期的偏差)对测量结果的影响,使基波与高次谐波均能获得相当高的测量准确度。据此原理制作的谐波分析仪已通过技术鉴定。     

一种基于准同步采样的电网谐波高精度测量方法

阐述了一种基于准同步窗的离散傅里叶变换算法实现电网谐波参量的测量方法,并给出了算法的推演过程和硬件实现。实验结果表明了该方法在宽频偏范围内仍具有很高的测量精度。该方法采样无需与信号周期完全同步,采用纯软件算法实现,降低了硬件复杂度和成本,测量精度高,速度快,具有重要的实际工程意义。     

基于数字采样电压表的高精度谐波分析仪

设计一种高精度谐波分析仪：利用一台数字采样电压表作为模数转换器,对非正弦周期信号进行等间隔非整周期采样;从得到的离散样本截取整周期序列进行DFT计算,提取周期信号的特征值,分析出各次谐波的幅值和相位参数。介绍了谐波分析仪的组成、离散样本处理流程及谐波参数测量达到的技术指标。     

基于Walsh函数的多频率同步信号合成方法

多频率同步(MFS)激励信号源是实现生物电阻抗频谱多频率快速测量的关键,但目前尚无理想解决方案。通过研究提出了一种基于Walsh函数的MFS信号合成方法,论述了MFS信号的合成原理及合成步骤,并给出了5频率同步信号f(5,t)的合成实例及其FPGA实现方法。傅里叶级数分析表明,f(5,t)在其5个主谐波分量上的幅值较大,其功率之和占据信号平均总功率的73.91%,且具有相同的零初始相位。合成的MFS信号的主谐波个数可根据需要进行选择,且主谐波的频率也可以通过改变FPGA的工作时钟来调整,信号易于调节和实现,是一种理想的、可用于BIS快速测量的多频率同步激励信号源。     

非平稳信号瞬时特征提取的谐波小波方法

分析了非平稳信号的瞬时特征(瞬时频率和瞬时相位),对非平稳信号进行谐波小波变换,建立非平稳信号的谐波小波系数与该信号的瞬时特征之间的关系,提出非平稳信号瞬时特征提取的谐波小波模型和提取方法.通过算例中的线性调频信号和应用实例中的轴承座振动信号的验证表明,该模型与方法具有较好的抗噪能力,对非平稳信号的瞬时特征具有更高的分析精度,能实现非平稳信号中特殊成分的瞬时特征提取.该方法能通过傅里叶变换实现其快速算法,具有算法简单、快速的特点,实现非平稳信号瞬时特征的实时分析.     

基于时域准同步的谐波和间谐波检测算法

傅里叶分析法因其简单方便成为常用的谐波、间谐波检测方法,但该方法在非同步采样时存在频谱泄露问题,由此产生的谐波和间谐波的相互干扰会严重降低测量准确性.通过采用时域准同步方法减少频谱泄漏,并采用梳状滤波器分离谐波和间谐波,可以有效提高谐波和间谐波的检测精度.在电能质量测量实时性要求高的场合,为了避免梳状滤波器导致的长时延,可以通过引入时域平均法在时延较小情况下获得相当的间谐波测量精度.给出该方法在电力谐波、间谐波测量方面应用的算法流程,并分别在MATLAB和谐波分析仪上实现谐波、间谐波分析算例.     

基于加窗频移算法的谐波和间谐波检测方法

在电力系统谐波和间谐波的检测中,加窗插值算法在一定程度上解决了频谱泄漏问题,但在非同步采样下,存在非同步采样误差。该文将频移算法引入到FFT算法检测谐波和间谐波中,该方法首先对原始采样信号离散后进行数据加窗截断,来抑制谐波间频谱泄漏,再利用频谱搬移的方法使采样序列的峰值谱线与同步采样的真实谱线重合,以减小或消除同步误差,最后对频移信号进行FFT,计算出各次谐波参数。通过对加窗插值算法和加窗频移算法的实验仿真比较,结果证明了在噪声干扰下加窗频移算法具有更高的分析精度和良好的抗噪性。     

利用DFT技术实现同频率周期信号相位差的高精度测量

本文提出了一种利用离散傅立叶变换(DFT)技术实现两频率相同的周期信号相位差高精度测量的方法。即使存在高次谐波的严重干扰,亦能精确测得两信号的基波相位差。采用同步采样技术,根本消除了DFT的泄漏效应。文中给出了实验结果及分析。本文提出的这种测量方法,特别适合于被测信号被高次谐波噪声严重污染的实际工业测试场合。     

数字信号处理技术在汽轮机组振动测量中的应用

振动信号的频域分析对于汽轮机组的状态监视和故障诊断有着重要的意义。信号可分为周期信号和非周期信号。分别有不同的频谱结构。快速傅立叶变换（FFT）使得数字计算机对连续时间信号进行频谱分析成为现实。针对“频谱泄漏”问题,提出了周期信号的整周期采样算法。在实际振动测量与分析中,键相信号分别起到了控制整周期采样以及确定基频振动相位的作用。随着计算机技术的发展。数字信号处理必将在振动测量与分析中发挥越来越重要的作用。     

基于采样逼近的准同步改进算法研究

准同步算法在和离散傅里叶变换结合求取周期信号的幅值和相位时,由于被测信号频率未知或仅知道被测信号的频率变化范围,在求解傅里叶系数时只能将采样频率作为被测信号频率带入造成傅里叶系数计算产生理论近似,尤其是在求解各次谐波初相角时频偏越大,求解相位误差相应增大。本文首先基于准同步测频差原理求出被测信号的实际频率,重新选取采样点使其逼近整周期采样点数,再将计算频率代入傅立叶变换中的基函数频率,最后迭代求取傅里叶系数。计算结果表明这种基于频率代入并采样逼近的改进准同步算法可以极大地提高准同步谐波算法的准确度。     

超声波传输时间精密测量方法及应用研究

根据超声波回波信号是一个变幅周期性信号这一特点,提出一种用数字细分来精密测量超声波传输时间的方法,阐明了超声波换能器驱动电路原理及利用FPGA电路和高分辨率A/D电路通过高频采样来实现这一方法的原理,并采用该方法和电路设计了超声波流量计。指出超声波传输时间测量的分辨率取决于超声波信号的频率和A/D电路的分辨率,为保证测量精度,应尽可能采用较高的采样频率。超声波传输时间的测量综合了全部回波信号采样数据,有很好的可靠性和很强的抗干扰能力。     

基于信号共振稀疏分解与包络谱的齿轮故障诊断

当齿轮出现断齿、裂纹等局部故障时,其振动信号会出现周期性冲击脉冲。在齿轮故障早期,由于冲击脉冲微弱,常淹没在齿轮的啮合频率、转频等谐波成分以及噪声中,因此,对于齿轮早期故障,直接对齿轮振动信号做包络谱分析以诊断齿轮局部故障通常效果不佳。针对这一问题,将信号共振稀疏分解方法与包络谱分析相结合,提出了基于信号共振稀疏分解与包络谱的齿轮故障诊断方法。该方法采用信号共振稀疏分解将冲击脉冲从齿轮振动信号中分离出来,然后对冲击脉冲做Hilbert包络分析,获取冲击脉冲出现的周期,进而对齿轮状态和故障进行识别。仿真算例和应用实例证明了该方法的有效性。     

Improved discrete Fourier transform algorithm for harmonic analysis of rotor system

Harmonic components are critically important to the fault diagnosis of rotor system. Various methods have been developed for harmonic component extraction. The challenge however, is to efficiently and accurately extract rotor system harmonic components. In this paper, a new harmonic analysis approach based on an improved discrete Fourier transform algorithm is proposed. It schemes out harmonic analysis sampling and resampling method to obtain synchronous sampling data, which can realize integer-period synchronous sampling and greatly increase the measurement accuracy of harmonic parameters. Then an improved discrete Fourier transform algorithm is proposed to extract harmonic components, which can dramatically reduce the computation load through replacing multiplication by shift operation. Finally, the effectiveness of the proposed method is analyzed by means of simulation and practical experiment for multifrequency simulated signal and shaft misalignment faults, respectively. Results show that the proposed method is faster and more accurate than both the DFT-based methods and the FFT-based methods for extracting harmonic components of rotor system.     

基于小波分析的电能质量三相不平衡度虚拟仪

介绍了一种基于小波分析的电能质量三相不平衡度检测技术,在LabVIEW虚拟仪器设计平台上采用小波分析技术检测电能信号的突变点,从原始信号中除去突变点得到稳态信号,采用巴特沃斯低通滤波器滤除谐波成份后计算工频基波的三相不平衡度。实验结果表明,利用该方法可以很好地去除信号突变,获得较高的精度。     

莫尔条纹信号相位误差补偿

为减小莫尔条纹信号不正交时的正切法细分误差,提出了一种可对任意相位滞后误差进行实时补偿的新算法.在分析了相位不正交对细分精度的影响后,通过对信号过零点的准确采样,计算出余弦信号相位滞后的角度值,进而确定了实际的相位计算公式.根据存在相位滞后信号的极性和幅值信息,对完整的短周期信号进行相位分段补偿,并分析了影响算法实现的各个因素.仿真实验表明,本算法可实现对相位滞后误差的实时补偿,有效降低信号相位不正交对细分精度的影响,使细分误差仅为未补偿误差的10%,极大地提高了莫尔条纹信号细分精度和位移检测精度.     

液体超声流量测量中的传播时间精度分析

液体超声流量高精度测量中使用传播时间法需要精确测量绝对传播时间和相对传播时间,针对绝对传播时间的基波信号不易得到的情况,提出了一种基波信号提取方法,通过设定能量和相位约束边界保证提取基波信号的准确性,划分流速分布区间根据实际测量流速自适应调整基波信号;通过仿真对影响相对传播时间精度的采样率、峰值搜索因素进行了深入分析;设计实验系统并在液压平台上对提出的方法和仿真分析进行验证,结果证明了基波信号提取方法的有效性和仿真分析的正确性。     

基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法

科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行频率预估计,对信号是否整周期进行判断,对非整周期的信号进行数据延拓处理;然后,对任一路传感器信号进行自相关运算得到一路同频参考信号;对3路同频信号进行Hilbert变换,将3路变换后的信号与变换前信号进行相关运算,再利用三角函数公式即可求出相位差。与原有方法相比,所提方法克服了非整周期采样的影响,实时性、动态性更强,相位差估计精度更高,仿真分析与实测结果均证实了所提方法的有效性和优越性。