心音信号的检测与处理

目的：实现低负荷心冲击信号提取,方法：使用固体振动传感器提取心音信号,使用双向检波及低通滤波实现心音包络的提取,结果：与心电信号的同步对照显示该方法能够有效提取心冲击信号,结论：基于固体振动传感器的心音检测的技术能够有效提取心冲击信号,是低负荷心冲击信号提取的有效途径。     

脉动压力测试传感器模拟及振动干扰机理分析

微压阻式传感器在高速动车组脉动压力测试中由于压力幅值低、振动冲击等干扰大,导致测试信号信噪比低,难以有效提取出脉动压力。通过分析微压阻式传感器信号测试过程及结构受力原理,采用结构-电耦合有限元方法建立了一种梁膜岛式的传感器模型,能有效提高传感器的灵敏度;通过振动信号对传感器模型进行激扰,得到传感器模型的振动干扰输出;通过密闭模型车体振动试验,利用EMD分解得出传感器的振动气压总输出,分离出传感器振动干扰,即可得到车体振动引起的流场脉动压力;通过CFD软件建立车体模型,加载相同振动干扰得到流场脉动压力进行验证。结果表明:两种方法提取出的脉动压力趋势及幅值一致,证明了振动干扰机理分析的正确性,并为脉动压力提取提供了理论指导。     

PVDF谷物传感器减振结构的动力学分析

为了实现联合收割机工作过程中谷物损失量的实时测量,研究以聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)压电薄膜作为敏感元件的谷物检测传感器,通过由电荷放大、带通滤波、包络检波和电压比较器等构成的信号调制电路,实现谷物冲击信号的检测.为了减小联合收割机振动的干扰,传感器设计为双层隔振结构,分析了减振系统的动力学特性,数值模拟瞬时冲击作用下的响应.将传感器安装在联合收割机振动筛尾端支架上进行谷物检测实验,结果表明,通过合理选择减振材料和调制电路参数,传感器能够从振动噪声背景中有效提取谷粒冲击信号.     

基于极值点概率密度和听觉模型的滚动轴承瞬态冲击信号提取方法研究

滚动轴承故障的一个重要特点是故障元件会诱发冲击响应振动成分,针对滚动轴承故障振动信号的调制特征和传统分析方法的复杂性,提出了一种基于极值点概率密度和听觉模型的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先使用Gammatone滤波器对滚动轴承故障信号进行带通滤波,相位调整,然后提取每个滤波通道的极值点,计算其概率密度函数并对其求导,通过导数中是否存在向上过零点判断是否存在瞬态冲击成分,继而提取相关的极值点,最后累加提取相关瞬态成分。考虑到滚动轴承振动信号中冲击成分在不同时刻振幅大小不同,分段对信号做处理,能够提取到因振幅较小而被忽略掉的冲击成分。将该方法应用到某型号线切割机床滚动轴承实测振动信号中,实验结果表明该方法能有效提取到滚动轴承故障信号中的瞬态冲击成分。     

基于改进的维奥拉积分方法提取心音信号包络

心音是评价人体心脏功能的重要生理信号之一,分析心音信号特征对心脏疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。分别采用希尔伯特黄变换、归一化香农能量以及维奥拉积分方法提取心音信号的特征包络,并针对维奥拉积分法存在的不足,结合香农能量方法可抑制高、低强度信号的特性,提出了一种改进的心音信号特征包络提取方法,最后采用阈值法实现了对心音信号的分段。采用改进的维奥拉积分方法对55例心音信号提取特征包络并进行分段处理,经验证该方法能有效的提取心音信号特征包络,对正常信号分段正确率达到了100%,异常信号分段正确率平均达到了95.32%,适合于心音信号分段。     

MOMEDA结合数学形态滤波的齿轮故障特征提取

为了实现齿轮故障特征的有效提取,针对齿轮早期故障振动信号非线性、非平稳且信噪比低的特点,提出了一种基于多点最优最小熵反卷积(MOMEDA)和数学形态滤波的齿轮故障特征提取方法。首先利用MOMEDA恢复信号中的周期性故障特征并实现信号的降噪,再运用形态差值滤波器对解卷积后的信号进行滤波以增强信号中的冲击特征,最后对滤波结果求取频谱以进行故障特征提取;通过对仿真结果和实验数据的分析验证了该方法的可行性和有效性。结果表明,该方法具有抑制噪声和提取周期性故障冲击特征的能力,能够实现齿轮故障特征的提取。     

变转速工况下基于多传感器信号深度特征 融合的电机故障诊断研究

本文提出一种利用多传感器信号深度特征融合的方法实现电机变转速工况下的故障诊断。首先从多传感器节点同步采集电机的多通道振动、声音和漏磁信号。对漏磁信号进行处理获取电机转子的累积转角曲线,随后利用累积转角曲线对振动和声音信号进行阶比分析处理。最后利用双层双向长短期记忆网络从经过预处理的多传感器信号中提取和融合特征以诊断电机故障。实验结果表明,通过提取和融合8通道的电机振动和声音信号,本文提出的方法能够有效识别电机的高阻接触、偏心、霍尔断线、相间短路、轴承等10类运行状态,分类准确率达到99.86%。该方法有望部署在物联网边缘计算节点中,实现电机的远程在线状态监测和故障诊断。     

基于小波包BP_AdaBoost算法的机载燃油泵故障诊断研究

针对机载燃油泵故障数据少、诊断效率低、维护成本高、缺乏有效诊断方法的问题,搭建了机载燃油泵燃油转输系统实验平台,提出利用小波包分析进行特征提取和基于BP_AdaBoost机载燃油泵故障诊断方法。首先测量燃油泵7种典型状态模式所对应的振动信号和出口压力信号;然后在分析信号时频特性和统计特性的基础上,利用小波包分解提取振动信号不同频段能量值作为故障特征参数,结合振动信号峭度以及压力信号均值构造特征向量;最后利用特征向量训练和验证BP_AdaBoost分类模型。实验结果不仅优化了传感器,而且表明BP_Adaboost算法与SVM、BP算法相比,能够有效实现对机载燃油泵的故障诊断。     

基于多传感器信息融合的贝叶斯网络故障诊断方法研究及应用

针对齿轮泵信号具有复杂性和模糊性的特点,提出了一种基于多传感器信息融合的贝叶斯网络故障诊断方法。分析了齿轮泵振动和压力信号特点,以此为基础提取了振动信号的能量特征、分形特征和压力信号的高频压力脉动3种特征属性,构建了多故障贝叶斯网络对特征进行融合,设计了贝叶斯分类器,通过最大后验概率准则识别故障类型。两次融合结果表明:多传感器信息完备了特征空间,提高了诊断正确率,能够有效实现齿轮泵多种故障的诊断,具有较好的应用价值。     

滚动轴承故障特征的时间—小波能量谱提取方法

振动信号中的周期性冲击现象是诊断滚动轴承各元件故障的重要依据之一,针对滚动轴承故障特征,在小波变换理论基础上提出一种时间—小波能量谱信号处理方法,它能够有效地提取出振动信号中冲击成分的时域和频域特征。利用时间—小波能量谱方法分析正常、外圈故障、内圈故障、滚珠故障等四种状态下滚动轴承的振动信号,并与传统的包络解调分析方法进行对比分析。时间—小波能量谱不仅可以有效提取出冲击特征明显的滚动轴承外圈故障,还能提取出内圈、滚珠等信号特征微弱的滚动轴承故障,而包络解调分析方法只能提取出外圈故障特征而不能提取出滚珠故障、内圈故障特征。结果表明,时间—小波能量普比包络解调分析方法更能有效地提取出振动信号中的冲击信号成分。     

无线振动传感器网络节点设计

介绍了一种适用于振动测试的传感器网络节点,通过该节点搭建的传感器网络可以检测材料是否存在缺陷.该节点的硬件电路以cyclone Ⅲ系列FPGA为核心,包括3维振动信号调理采集单元、1个外部SD卡存储器、1个2.4G频段的无线收发单元、1个传感器单元和USB - SPI电路以实现无线、有线两种传输方式.实验结果表明设计系统是可行且有效的,将会为MEMS技术应用于振动检测领域奠定基础.     

Monitoring of Ball Bearing Operation under Grease Lubrication Using a New Compound Diagnostic System Detecting Vibration and Acoustic Emission

Our new compound diagnostic system comprised of a compound sensor, a signal processor, and a personal computer installed signal processing software. The compound sensor made by an advanced sensor fusion technique was able to detect simultaneously the vibration acceleration and the acoustic emission by itself. The signal processor received a signal from the sensor and separated it into the vibration acceleration signal and the acoustic emission signal. The signal processor and the personal computer processed the acceleration signal and acoustic emission signal for diagnostic information. The rolling contact fatigue process of a ball bearing under grease lubrication was monitored using the compound system. The system outputs diagnostic information, for example, the means, the variance, the skewness, and the kurtosis of the vibration acceleration signal and the acoustic emission signal. In diagnosing the rolling contact fatigue failure, the root mean square (rms) value of the vibration acceleration was most effective, and the mean of the demodulated acoustic emission was second to the rms value of the acceleration in effectiveness. From the result of the evaluation, it became clear that the system was useful for diagnosing rolling contact bearings under grease lubrication.     

激光扫描技术测量微型轴承保持架摆振

介绍了微型滚动轴承保持架摆振的激光扫描测量方法。以实体保持架为测量对象,采用2D激光扫描位移传感器检测保持架的轴向振动位移,通过对振动信号的分离,获得保持架摆振。试验证明,该方法能有效检测微型滚动轴承实体保持架的摆振。     

Note: vibration reduction control of an atomic force microscope using an additional cantilever

Since an atomic force microscope is used to measure sub-nanometer level precision, it is sensitive to external vibration. If the vibration can be measured by using an additional sensor, we can obtain the vibration-free signal by subtracting the vibration signal from the signal containing the vibration. To achieve a highly effective vibration rejection ratio, it is important to decide where to locate the additional sensor. This is because the vibration measured at the sensing position should have the same phase as that of the vibration in the signal. Vibration reduction control using this electrical sensing method is verified through time domain analysis and topology images of a standard grid sample.     

基于构型优化的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法

高灵敏度是微质量传感器准确探测细菌、病毒和气体等物质的关键指标。虽然借助微型化的高阶模态梁振动可以有效提升探测灵敏度,但微尺度效应也降低了传感器的抗环境干扰能力。因此,如何在特定尺度约束下提升高阶模态传感器的灵敏度已成为谐振式微传感器设计的前沿问题。本文在研究弹性梁几何构型、压电层尺寸与有效质量分布对振动模态影响关系的基础上,建立了压电驱动多阶梯梁式微质量传感器的灵敏度分析模型,以传感器灵敏度提升最大为目标,建立了高阶振动模态下悬臂梁几何构型优化设计模型,得到了在不同振动模态下具有最高灵敏度的悬臂梁构型,使同尺寸传感器的灵敏度提升了10.0~15.0倍。考虑驱动位置与制造成本约束,设计并研制了具有六阶梯梁结构的高阶模态微质量传感器。实验结果表明,总长度为17.6mm的六阶梯梁微质量传感器的灵敏度为18.8×10~4 Hz/g,考虑制造误差的影响,其二阶模态灵敏度为同尺寸等截面梁传感器的10.0倍,较一阶模态同尺寸传感器灵敏度提升了19.8倍,从而验证了所提出的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法的有效性和可行性。     

超声波远距离振动信号检测系统的设计

在机械设备状态监测与故障诊断中,振动信号是一个重要的状态参量。本文针对压电式、电涡流传感器等常规的振动测量方法和仪器在特殊环境中的局限性,提出了基于超声波的非接触式检测方法,研究并设计了系统检测装置。该检测装置主要由超声波发生模块、超声波接收模块和基于LabVIEW的数据采集/处理3个部分组成,利用该装置对振动对象进行远距离测量,并同时用传统测量仪器(电涡流位移传感器)作对照实验,得到较理想的检测结果,验证了该超声波振动检测装置的有效性和可行性。     

深孔加工刀具状态监测的研究

通过应变式传感器和振动传感器采集力与水平振动信号 ,提取了切削力信号的四阶中心矩和水平振动信号的特征频率谱峰 ,并将模式识别技术应用于刀具状态监测 ,利用感知器算法得到刀具状态的分类函数进行刀具状态识别 ;试验结果表明 ,该方法具有较高的识别精度和较强的抗干扰能力     

应用于定位的光纤振动传感技术的发展现状

利用光纤作为传感器提取沿途振动信号,通过对检测信号的处理和分析,可有效地检测和定位发生的故障或入侵行为等。分布式光纤振动传感器利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动的敏感特性,连续实时地监测光纤附近的振动,并能够定位预防事故,有较好的应用前景。根据传感原理,分布式光纤振动传感技术可分为基于干涉原理和基于后向散射探测技术两类。该文主要从以上两个方面综述分布式振动传感器的主要技术和发展动态。     

基于嵌入式系统的便携式心音分析仪的研究

心音作为一种人体重要声信号，在心血管疾病研究中具有重要价值。本研究开发了一种基于嵌入式计算机、用于采集并分析心音信号（PCG）的便携式辅助诊断系统，实现了以下功能：心音及同步心音信号的双通道采集，准确实现心音定位；病人信息和心音数据的数据库管理；心音信号波形回放及声音回放。更为重要的是，该系统能对心音和心杂音进行能量和时频特性分析，获取心音信号的时频特征，对心脏病进行辅助诊断。该仪器体积小、成本低、使用灵活方便，特别是对一些因患心脏疾病而不方便行动的病人可实行床旁动态监护。