k值优化VMD-小波包分析联合降噪方法在隧道爆破信号中的应用

针对隧道爆破振动测试信号存在噪声干扰的问题,引入一种基于k值优化的变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)联合小波包分析的降噪方法。首先,引入分解能量差值参数λ,对比爆破振动信号在不同k值条件下经VMD得到的模态分量总能量;基于等能量分解原理对模态数k进行优化分析,并在最佳模态数k下对信号进行VMD处理;在相关系数和方差贡献率双指标下筛选出含噪分量,并用小波包分析手段进行降噪处理;最后,将经降噪处理后的含噪分量与优势分量重构,得到纯净的爆破振动信号。引入的方法兼具VMD及小波包分析的优点,并克服了信号分解过分或分解层数不足的缺陷。结果表明:与现有方法相比,k值优化的VMD-小波包分析联合降噪方法信噪比高,均方根差小,降噪效果良好,并且该法可有效保留原始信号中的细节特征,可以应用于类似隧道爆破信号的降噪处理。     

基于傅里叶分解-小波包分析的爆破信号去噪方法

针对由于爆破现场施工环境复杂,爆破振动信号包含大量高频噪声的问题,提出一种基于傅里叶分解(FDM)联合小波包阈值方法的降噪方法.首先,基于傅里叶分解理论将爆破振动信号分解为若干傅里叶固有频带函数(FIBFs);然后,分别计算分解所得模态分量与原始信号的相关系数,使用相关系数法筛选出优势分量,将筛选所得优势模态分量进行重构;最后,利用小波包阈值方法对重构所得信号进一步降噪,得到最终纯净的爆破振动信号.结果表明:引入的新方法兼具傅里叶分解及小波包分析的优点,与现有常用方法相比,傅里叶分解-小波包分析联合降噪方法信噪比(10.3940)最高,均方根差(0.0889)最小,所得时程曲线更为平滑,去噪效果更好,为类似爆破振动信号去噪提供新的途径.     

桥梁GNSS-RTK变形监测数据的CEEMDAN-WT联合降噪法

在桥梁GNSS-RTK变形监测中,监测信号会被多路径噪声误差所影响。针对上述问题,提出了自适应经验模态分解(CEEMDAN)和小波变换(WT)相结合的方法对桥梁GNSS-RTK监测数据进行降噪处理。采用CEEMDAN对振动响应进行分解得到本征模态函数(IMFs),利用相关系数鉴别出有效的IMFs,同时利用WT中的不同小波基对其余噪声与信号共存的IMFs进行阈值降噪,最后对信号进行重组。通过对模拟试验和基于GNSS-RTK的海河斜拉桥实测数据进行处理,结果表明,CEEMDAN相比于EEMD能有效解决模态混叠问题,CEEMDAN与WT相结合的方法对桥梁监测数据具有良好的降噪效果,能成功提取到桥梁真实位移信息。     

基于CEEMDAN的塌落触地振动信号最优降噪光滑模型算法

为了更精确的提取原始爆破振动信号特征信息,针对EMD分解产生的模态混叠及EEMD分解完备性较差且计算复杂问题,采用CEEMDAN分解的固有模态分量构建不同的带通滤波器,建立基于CEEMDAN的爆破振动信号最优光滑降噪算法,并且根据降噪均方误差指标、曲线曲折度指标建立最优光滑降噪算法的判断准则。通过构建仿真信号并以含噪信号与降噪误差比为指标分别对EMD、EEMD及CEEMDAN的最优光滑降噪算法效果进行对比分析。结果表明:CEEMDAN分解得到的算法A4信噪比最小,验证了本文算法的科学性和有效性。将其应用于实测的水塔塌落触地振动信号进行降噪处理和时频分析,效果较好。     

基于CEEMDAN-IAWT方法的滚动轴承振动信号降噪EI北大核心CSCD

针对滚动轴承振动信号中混入噪声的问题,设计一种自适应白噪声完全集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)结合改进自适应小波阈值(improved adaptive wavelet threshold,IAWT)的联合降噪法。使用CEEMDAN对信号进行模态分解得到本征模态函数(intrinsic mode functions,IMFs);将得到的IMFs与原信号进行相关性分析识别有效分量;针对小波阈值(wavelet threshold,WT)降噪算法不能自适应选取小波基和分解层数以及阈值函数存在缺陷的问题,设计了IAWT算法,利用IAWT算法过滤IMFs中的噪声;将处理后的IMFs进行信号重构。利用设计的联合降噪算法对仿真信号和试验台信号处理可知,相比于WT,使用IAWT处理后的信号信噪比提高了约0.5 dB,与原信号的相关系数提高了约0.03,均方根误差降低了约0.01;将设计的方法与CEEMDAN-WT等方法对比可知,经处理后的信号信噪比至少提高了1.37 dB,且信号特征保存完好。     

基于改进CEEMDAN和TEO的轴承故障特征提取方法

故障特征的提取是检测与识别故障类型的关键。为优化自适应噪声完整集成经验模态分解(CEEMDAN)的降噪效果,提出一种基于综合评价模型(SDEA)改进的CEEMDAN降噪方法,优化CEEMDAN的去噪效果。该方法首先建立综合评定模型,然后通过峭度准则、相关系数筛选特征模态重构信号,由SDEA评价信号去噪效果。经过多次迭代,选择综合指标最高的迭代次数作为最优降噪信号,再利用能量贡献率选取最优降噪信号的IMF进行重构,最后通过Teager能量算子解调对信号进行包络谱分析,进而得到故障特征频率。实测数据证明,此方法能够准确提取故障特征频率,实现对故障信号的识别,且相较于现有方法可提高信噪比和运算效率。因此采用该方法可为早期轴承故障诊断提供一种有效的解决方案。     

基于CEEMDAN-小波包自适应阈值混凝土声发射信号降噪研究EI北大核心CSCD

为了得到更加纯净的混凝土声发射(acoustic emission, AE)信号来更准确地监测混凝土结构破裂过程,提出了一种完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition, CEEMDAN)与小波包自适应阈值联合方法对循环荷载作用下的混凝土声发射信号进行降噪处理,运用信噪比和快速傅里叶变化(fast Fourier transform, FFT)分析来验证所用方法的可行性。实验结果表明:结合CEEMDAN-小波包自适应阈值对混凝土声发射信号进行降噪的效果较好,能有效地保留混凝土声发射信号特征信息,对混凝土声发射信号降噪提供新的思路,为后续利用声发射信号分析混凝土结构内部微裂纹扩展及演化特征奠定基础。     

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。     

提升小波包最优基分解算法在爆破振动信号分析中的应用研究

针对工程爆破网络监测与预报系统对精度、效率的要求,本文提出将提升小波包最优基分解算法应用于爆破振动信号的降噪处理及能量特征提取。在提升小波包多尺度变换的基础上,通过对最优基搜索算法的改进满足了复杂信号在线处理对算法的需求,结合应用实例验证了该算法能够有效滤除实测信号中的干扰噪声,并准确获取信号在各频带的能量分布特征。提升小波包最优基分解算法在爆破振动信号分析中的应用为爆破振动危害的研究和控制提供了分析基础和技术支持,具有良好的应用前景。     

基于CEEMDAN法的隧道爆破信号趋势项去除

以京张高铁某隧道工程为背景,引入一种通过CEEMDAN（complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise）法消除隧道爆破信号趋势项的方法。首先,利用CEEMDAN法分解实测爆破信号,得到一系列本征模态分量及余项。然后,通过均值比法识别筛选信号趋势项的有效组成部分,并去除含有趋势项的分量。为验证CEEMDAN法去趋势项的可行性,通过数值仿真信号进行校核。结果表明,与现有EMD(empirical mode decomposition)法、EEMD(ensemble empirical mode decomposition)法比较,基于CEEMDAN法筛选得到的趋势项与人为添加的趋势项最为接近。同时,利用此方法处理实测爆破信号,解决了原始信号中存在的基线偏移及低频超高异常等问题。     

改进的局部均值分解法在爆破振动去噪中的应用

为了解决爆破振动信号的处理精度极易受到噪声信号的干扰的问题,在局部均值分解法(LMD)和总体平均局部均值分解法(ELMD)的基础上,提出了利用自适应互补集合局部均值分解方法(CELMDAN)分解原始信号,然后采用小波阈值法对获得的乘积函数(PF)分量进行去噪,提高了爆破振动信号去噪的精度。结果表明CELMDAN-WT方法有效地识别破振动信号中的噪声信号,实现了信号与噪声的分离,具有良好的自适应性,在爆破信号去噪中有良好的效果。     

不同段数爆破地震波的反应谱分析

为了研究段数对反应谱特性的影响,基于某石方控制爆破工程爆破振动实测数据,对不同段数爆破振动信号进行了反应谱分析。首先,利用实测的爆破振动速度信号采用直接微分法获得了加速度信号,并利用EEMD分解对加速度信号进行低通滤波去噪处理,获得了准确清晰的加速度曲线。然后,利用精确法求得了不同段数下爆破振动信号的速度反应谱和标准速度反应谱。分析结果表明:不同段数的爆破振动质点峰值速度与速度反应谱的峰值速度并不存在对应关系,因此分段数的选择应综合考虑结构对爆破振动的动态响应。     

基于EP-CEEMDAN-PED的隧道扩挖爆破网络延时分析

经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)固有的端点效应和模态混淆导致其在进行爆破网络延时分析时出现不容忽视的误差。为了获得爆破现场实际网络延时,判断批次雷管的安全性,必须对EMD进行改进。通过对爆破地震波监测信号进行端点处理（endpoint processing, EP）,改善EMD在处理信号实际端点时出现的端点突变现象,进而抑制EMD端点效应,提高固有模态函数（intrinsic mode function,IMF）的稳定性和精度。对EMD进行改进,得到自适应补充集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN),抑制低频趋势项模态混淆,并结合排列熵检测(permutation entropy detection, PED)来控制高频模态混淆。得到的EP-CEEMDAN-PED算法能识别微差爆破实际延期时间,且能有效克服EMD固有的端点效应和模态混淆现象,结合干扰减振法,可计算实际隧道扩挖爆破合理减振微差时间为55.14~57.93 ms,对爆破振动控制具有重要的现实意义。     

爆破振动信号的局部波分解方法

针对爆破振动信号具有非线性、随机性较强的特点,提出利用局部波分解(Local Mean Decomposition,LMD)处理并分析爆破振动信号。结合露天铁矿逐孔起爆方式下爆破振动测试信号分析,研究信号的时频及能量分布特征。结果表明:LMD方法能完整地分解重构爆破信号,有效减少模态混叠现象,更加真实反映信号的原始信息;相比经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,EMD)、LMID方法的端点效应轻微,具有较高的解凋精度;LMID方法可以精确分析振动能量的分布规律,有利于进一步识别爆破本身的力学作用特征。     

不同微差间隔下爆破振动信号的反应谱分析

为研究不同微差间隔下爆破振动信号的反应语特性,基于金堆城露天矿现场爆破振动试验数据,对不同微差间隔的两孔爆破振动信号进行了反应谱分析.首先,利用实测的爆破振动速度信号采用直接微分法获得了加速度信号,并利用EEMD分解时加速度信号进行低通滤波去噪处理,获得了准确清晰的加速度曲线.然后,利用精确法求得了不同微差间隔下爆破振...     

爆破振动信号的局部波分解方法

针对爆破振动信号具有非线性、随机性较强的特点,提出利用局部波分解(Local Mean Decomposition,LMD)处理并分析爆破振动信号。结合露天铁矿逐孔起爆方式下爆破振动测试信号分析,研究信号的时频及能量分布特征。结果表明:LMD方法能完整地分解重构爆破信号,有效减少模态混叠现象,更加真实反映信号的原始信息;相比经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,EMD)、LMID方法的端点效应轻微,具有较高的解凋精度;LMID方法可以精确分析振动能量的分布规律,有利于进一步识别爆破本身的力学作用特征。     

爆破振动信号3种经验模态分解差异性研究

为了准确评估冻结立井爆破对井壁产生的影响,采用井壁预埋法对大药量爆破下井壁的振动响应进行了监测。利用EMD、EEMD和CEEMD典型经验模态算法对井壁信号进行了分析,并结合时频谱对分解和重构效果进行了综合评价。分析结果表明:受测试环境影响,爆破信号中普遍含有噪声等干扰成分。EMD分解存在明显模态混叠和端点效应,EEMD分解虽对模态混叠现象有所改善,但去噪效果仍不理想,CEEMD分解对模态混叠和噪声消除方面均具有很好的处理效果。CEEMD重构信号时频谱能够深刻揭示爆破能量在时频域上的分布且对干扰成分不敏感,适合用于批量信号的预处理过程。分析结果对于爆破能量识别和振动损伤控制具有积极的现实意义。     

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。     

岩巷爆破振动信号的HHT分析与应用

为优化爆破参数,减少对围岩的损伤,以煤矿玄武岩双巷道楔形深孔掏槽爆破的实测爆破振动信号为例,分析对比传统傅里叶变换、小波变换、HHT变换三种变换方法,对爆破地震波信号的时频特性和能量分布特征分析。结果表明:HHT变换能够确保信号被分解后的非平稳性,且自动适应能力较强,分解效率较高。通过HHT变换得到三维图直观展示各分量随时间、频率和能量的分布情况。爆破振动能量主要分布在0.3s¹.0s时间段和01.0s时间段和0⁴00Hz频率段内,频带100Hz400Hz频率段内,频带100Hz²50Hz中爆破振动分量对应的频带能量达到最大。通过分析对比爆破振动信号,得到巷道帮部、底部爆破振动信号的主振方向分别为Y(切向)和Z(垂向)方向。