微振测试系统在实际工程中的应用

为解决工程中微振动测试，采用低频高灵敏度加速度计与极低频电荷放大器，同VXI／E1432A构成测试系统硬件，结合Tdas分析软件，组成了微振加速度测试系统，进行微振加速度测试。结果表明，该系统有较高的测试精度，具有实际应用与推广价值。     

Tikhonov正则化广义最小化求解振动速度

高精度生产及检测设备对环境微振动有较高要求,基于振动速度幅值计算的微振动等级可对环境振动情况进行定量评估.由于振动速度传感器难以实现对低频微振动的直接测量,因此需要使用低频高灵敏度的振动加速度传感器测量加速度信号,通过积分算法间接实现对振动速度的测量.基于Tik-honov正则化的广义最小化求解振动速度方法采用向量乘法运算、多线程并行运算实现对振动速度的快速测量;通过调节广义化阶数和正则化因子实现对不同环境的测量,克服了现有积分算法针对不同测量环境的适应性和计算速度等方面的不足.经实验验证,在有效抑制低频噪声的情况下,能够最大化地保留低频信息,较好地再现振动信号的时域瞬时特性.     

空气弹簧隔振台特性试验及信号处理算法研究

超精密测量对环境振动要求非常严格,其仪器设备中多安装隔振装置。为评估某重点实验室圆度仪中使用的仪用小型空气弹簧隔振台的隔振性能,利用压电式加速度传感器设计振动测试试验。根据振动测试中信号的实际情况,设计信号处理算法,对采集到的加速度信号进行预处理、积分运算、频谱分析,消除信号中低频趋势项和干扰噪声,还原实际振动状况,准确获取隔振系统振动位移曲线及其固有频率。试验表明,该空气弹簧隔振系统各项指标满足隔振要求。信号处理算法对振动测试中的加速度信号处理具有一定指导意义,也可作为故障诊断中加速度信号处理的参考。     

智能电能表检定系统标准时钟共用方法研究

为实现智能电能表检定系统标准时钟的集约再利用、降低人力物力的成本投入,提出了一种智能电能表自动化检定系统的标准时钟共用方法。分析标准时钟测试仪在自动化检定中的实际工作特点,基于资源共享理论,建立自动化检定系统标准时钟测试仪共享模型。根据智能电能表检定系统对标准时钟测试仪计量性能的要求,设计共享模式下的标准时钟共用设备。结合实际应用场景,仿真分析不同场景模式下标准时钟共用设备输出信号的准确度,并进行实测验证。测试结果表明,该方法在保证智能电能表时钟日计时误差测试准确度的同时,大幅降低了经济成本及运维人力投入,实现了资产的集约再利用。     

飞行器用高精度小量程石英微加速度计研究

为满足对振动环境下10 Hz以下低频小量程加速度信号的高精度测量需求,提出了一种基于石英微工艺的新型窄带宽MEMS加速度计,其敏感元件采用变间距式差分电容梳齿结构。采用有限元分析手段,对敏感元件质量块尺寸、梳齿长度、U型梁刚度、盖板结构、阻尼和带宽等参数进行了综合优化设计。敏感元件采用石英晶片经湿法腐蚀体工艺制作,加速度计样机经过了实际性能测试和环境适应性试验,带宽为8.9 Hz,非线性度约为0.7%,可以满足飞行器小量程低频加速度参数的测量需求。     

三轴微振动实时测量技术研究

由于半导体生产及检测设备对环境微振动要求十分严格,设计了一种用于振动敏感区域微振动测量的三轴微振动实时测量系统。针对微振动测量过程中噪声干扰问题,提出了一种非对称广义高斯曲线拟合分频段积分算法。对由希尔伯特变换获取的加速度频谱峰值区域进行拟合,得到拟合曲线;通过设置积分频段抑制系数获取有效积分频段后进行频域积分得到微振动速度信号。数值仿真实验结果显示该算法在应对非对称加速度频谱时有更好的抗噪性能。利用低频标准振动平台和激光多普勒测振仪进行校准实验,结果显示去噪后的峰峰值相对误差相比于去噪前从35.11%下降至3.43%。仿真和校准实验结果表明,测量系统及算法能够对微振动信号进行准确测量及处理,抗噪性能较强。     

MEMS压电-磁电复合式振动驱动微能源的设计

在单一效应的MEMS振动驱动微能源的基础上,提出了一种MEMS压电-磁电复合振动驱动微能源器件。该微能源由八悬臂梁-中心质量块结构和永磁铁两部分组成,环境振动使中心质量块振动,PZT压电敏感单元由于压电效应产生电势差;同时中心质量块上集成的高密度线圈切割磁感线产生感应电动势,将压电转换与磁电转换相结合把振动能转换为电能。建立了该结构的数学模型并用有限分析软件Ansys12.0对该器件进行力学特性分析,最后对加工出的微能源进行性能测试。测试结果表明,该微能源谐振频率为8 Hz,易与环境发生共振;在共振条件下,施加1 gn 的加速度,器件压电发电开路输出电压峰峰值达154 mV,磁电发电开路输出电压峰-峰值达8 mV,有望为无线传感网络节点提供稳定的能源。     

XXX爆炸威力场远距离多参数数据采集系统

针对当前爆炸场测量中存在测试系统布设不便、存储测试系统数据需要回收的问题,综合运用数据采集技术、存储测试技术与无线和光纤通信技术,设计了一种用于爆炸场的远距离多参数数据采集系统。该系统是用来测试XXX爆炸威力场中压力、振动加速度、温度和爆炸时刻的多参数数据专用系统。该系统主要由ZigBee和光纤模块对多个传感器节点进行参数设置(量程设置、采样频率设置、触发电平设置等),使用FPGA和AVR单片机为主控芯片,解决了特殊环境中多通道变参数数据采集问题。实际测试表明:这种新型测试系统可以得到爆炸场中多个参数的变化曲线,具有可无线遥控、微功耗、抗高冲击、抗干扰、工作稳定可靠等特点,适于恶劣环境下数据记录和传输。     

基于压电的大尺寸原理样机模型和实验

为了实现环境振动能量的低频收集,分析了压电式振动能量收集技术的特点,并建立了其数学模型。利用数值分析软件对能量收集器的性能进行了仿真模拟,压电式能量收集器更适用于低频环境下的能量收集。成功制造了具有四根环形悬臂梁结构的大尺寸原理样机,实验得到了在外界0～500 Hz低频扫频下,不同加速度激励下的开路电压、负载电阻的电压输出,并与理论分析结果对比。     

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究。实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型。为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比。试验结果表明,在0~500Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。     

基于啮合频率调制现象的齿轮振动信号辨识

齿轮是大多数旋转机械设备的核心零部件,也是主要的振动来源.为了评估齿轮箱的健康状态,从机械系统信号中提取齿轮箱的振动成分具有重要意义.齿轮的啮合频率包含了反映其运行状态的丰富信息,是进行齿轮在线监测和故障诊断的前提条件.通过理论分析和试验验证,解释了啮合频率调制现象,也就是当齿轮在重载条件下工作时,啮合频率会以啮合冲击的形式被调制到高频共振区.基于此现象,提出了一种齿轮振动信号辨识方法.在此方法中,通过迭代获得啮合能量比图,以确定啮合共振频带.此方法的性能通过试验台试验和叉车现场试验进行了验证.通过与快速谱峭度方法进行对比,证明所提出的方法适用于齿轮振动信号辨识,尤其是当齿轮处于重载条件时.     

基于应变分析的管路振动研究

为了完成航天器内的管路高量级振动试验考核.从理论上分析得知管路失效的决定性因素为振动应变,裁掉高频段振动环境明显降低振动试验量级,分别通过试验以及有限元方法对比分析裁掉高频段前后的振动环境下管路振动应变的差异.结果显示在涵盖管路主要谐振频率的原则下,选取截止频率裁掉振动条件高频段,管路振动应变影响不大.可以通过剪裁振动条件代替原有振动试验条件考核管路,提高管路振动试验的可行性.     

视频图像振动测试技术应用研究

介绍了基于普通USB数码摄像头与PC机作为硬件设备的视频图像振动测试技术,并采用该技术识别了索模型的一阶、二阶模态参数。基于Matlab软件编制相应程序,获取结构振动的位移时程曲线,采用模态分析确定索模型的一阶、二阶频率以及相应的振型。试验结果表明,该测振系统实现低频结构的振动测试是可行的,同时可以逐步应用于工程实际。     

抗相机运动干扰的欧拉视频振动检测

相机运动的干扰是造成视频振动检测误差的重要原因。针对该问题,提出一种互抑制一致采样方法,对视频中的振动信号和相机运动信号实现有效分离,从而提高视频振动检测的可靠性。通过SURF（加速稳健特征）算法提取候选的特征点,并设计了振动与相机运动的互抑制测度,对候选的特征点进行分离,以获得相机运动的特征点。根据相机运动特征点对视频图像进行配准,以获得去除相机运动干扰的视频序列。对稳定相机的视频序列,采用欧拉视频振动检测方法获得振动频率。自行采集了不同相机运动下的视频,并针对互抑制测度的参数进行估计。通过对测试集数据进行验证,得到的振动频率准确率优于现有的非接触振动检测方法。     

基于图像处理的航空发动机自适应频谱报警技术研究

在飞行试验中,作为飞行器直接的动力来源,航空发动机的状态监测和故障报警技术是保障飞行试验安全的重要手段,而传统的报警技术存在误报警,准确率不高等问题。本文针对传统频域报警方法不能包容工况变化,局部特征与全局特征无法兼顾的问题,研究了基于图像处理的航空发动机自适应频谱报警方法,包括包络生成方法和频段自动划分方法,并将两者应用于均化频谱的报警中。利用某型航空发动机故障数据对方法的有效性进行了验证,结果表明,该方法能够在发动机不同工况下有效划分频谱高能量和低能量区,兼顾了对振动信号局部特征与全局特征,提高了故障报警的自动化水平和准确率。     

一种便携式工程机械振动信号采集系统的设计

设计了一种工程机械振动信号采集与分析系统,系统由加速度传感器、HS801虚拟测试仪、笔记本电脑等组成,通过用自带电源工作,携带方便,可以高精度、低成本地完成信号的实时采集分析,特别适用于机动测量;最后,给出一个利用该系统采集与分析工程机械振动信号的应用实例,获得ZL50型装载机操纵台的振动信号及频谱、功率谱。     

航空发动机控制系统振动信号处理方法研究

针对航空发动机控制系统中对振动信号的监测需求,提出了一种基于多任务实时控制系统的振动信号实现方法.分析了FFT变换的基本原理和算法,提出了一种改进的FFT频域分析算法.同时,在有限的任务资源下,对振动信号的处理过程进行合理拆分,并在多个控制任务中对其进行交叉处理.最终实现了对发动机转子振动信号的解析处理及实时监控.经过大量的分析及试验验证,证明该方案能够较好地满足当前的试验需求,为航空发动机控制系统振动信号进一步的研究工作奠定了基础.     

基于USB2.0的振动监测系统的研究与设计

在对振动信号研究的基础上,采用现代计算机测量与控制技术开发了一种新型的振动信号监测系统;硬件以嵌入式微控制器LPC1768作为核心控制芯片,配合891-2型测振仪完成振动信号的采集和传输;软件采用LabVIEW虚拟仪器技术设计完成,实现了振动信号的时域分析、频域分析以及实时显示等功能;系统采用USB2.0总线实现数据传输,有效提高了传输速度,方便现场工作;试验测试表明,系统性能稳定,传输速度快,采集精度高,可适用于各种振动信号的工程监测,具有一定的实用和推广价值。     

Identification of effective engineering methods for controlling handheld workpiece vibration in grinding processes

The objective of this study is to identify effective engineering methods for controlling handheld workpiece vibration during grinding processes. Prolonged and intensive exposures to such vibration can cause hand-arm vibration syndrome among workers performing workpiece grinding, but how to effectively control these exposures remains an important issue. This study developed a methodology for performing their analyses and evaluations based on a model of the entire grinding machine-workpiece-hand-arm system. The model can simulate the vibration responses of a workpiece held in the worker's hands and pressed against a grinding wheel in order to shape the workpiece in the major frequency range of concern (6.3–1600 Hz). The methodology was evaluated using available experimental data. The results suggest that the methodology is acceptable for these analyses and evaluations. The results also suggest that the workpiece vibration resulting from the machine vibration generally depends on two mechanisms or pathways: (1) the direct vibration transmission from the grinding machine; and (2) the indirect transmission that depends on both the machine vibration transmission to the workpiece and the interface excitation transformation to the workpiece vibration. The methodology was applied to explore and/or analyze various engineering methods for controlling workpiece vibrations. The modeling results suggest that while these intervention methods have different advantages and limitations, some of their combinations can effectively reduce the vibration exposures of grinding workers. These findings can be used as guidance for selecting and developing more effective technologies to control handheld workpiece vibration exposures.