基于小波包频带分析技术的水轮机空化特性研究

在详细分析水轮机空化信号特点的基础上,总结了适合于空化信号分析的小波基函数应具有的特点;为避免信号小波包分解的盲目性,文中采用了区间小波包分解方式,即有针对性地对空化信号进行深层次分解.结合水轮机模型空化状态观测结果,对相应状态下监测的空化超声波信号进行小波包时频分布特性和频带能量分布特性分析,得出了水轮机空化超声波时域信号幅值调制特性和频域能量分布随空化系数变化的关系,验证了小波包频带分析技术对水轮机空化信号分析的有效性.     

水轮机空化声发射信号的联合降噪与特征提取北大核心CSCD

探究水轮机空化诱导的声发射信号随空化状态的变化规律对监测空化具有重要意义。为解决声发射信号携带噪声和特征提取困难的问题,本文建立一种基于自适应迭代滤波分解-奇异谱分析联合降噪和固有时间尺度分解结合特征参数的特征提取方法。首先,采用自适应迭代滤波分解结合相关系数对声发射信号初步降噪,滤除明显噪声分量,重构剩余分量并通过奇异谱分析进一步降噪,将所得信号与趋势分量相加,完成整个降噪过程。然后,对降噪后信号进行固有时间尺度分解,筛选出有效分量,计算其绝对能量和相对能量熵。最后,分析它们随空化系数变化的规律。研究结果表明,绝对能量和相对能量熵随空化系数的变化具有明显的规律性,均能反映水轮机空化的发展状况。     

空化诱导的轴流式水轮机转轮径向振动特性研究

转轮的径向振动特性对水轮机转子系统的稳定性至关重要。为了研究空化对轴流式水轮机转轮径向振动特性的影响规律,本文首先搭建了包含激光测振仪(Laser Doppler Vibrometer, LDV)的非接触式振动测试系统,并结合高速摄影系统获得了不同空化状态下的转轮内部流场图像以及转轮径向振动信号。然后对转轮内部流动图像及振动信号进行了综合分析,结果表明：从无空化到空化初生阶段,空化系数的降低对转轮径向振动基本没有影响;空化初生以后,转轮径向振动的幅值会随着空化程度的加剧而急剧上升。转轮内部空化流动形态的转变是转轮径向振动频域特性改变的根源。从空化初生到完全空化阶段,转轮径向振动的能量会出现向低频区域迁移的趋势,增加机组共振的风险。本文的研究对轴流式水轮机稳定运行以及经济性具有重要意义。     

水轮机空化在线监测系统设计

现有的水轮机空化在线监测系统大多信号频带窄、仅有单通道且无板上信号处理,造成系统的检测精度比较低且不利于空化空间定位和在线检测。文中提出一种空化在线监测系统,系统的分析频段从1Hz到500kHz,扩大了研究频段,便于提高空化检测的精度;系统具有8个通道,提高了检测的空间分辨力,系统板载TI公司数字信号处理器的特点提高了空化信号处理能力并压缩了数据量。在水轮机空化模型试验中采用了该系统。研究发现,随着空化系数减小,加速度信号和声信号的均方根总体均逐渐增大。所以,加速度信号和声信号都可以用来检测空化,其中声信号检测更加可靠。同时,发现在空化初生附近,声信号中高频成分能量百分比达到一个很显著的极值,这对于空化初生检测是很有益的。     

基于声发射技术的离心泵空化状态监测系统研究

采用LabVIEW设计开发了一套用于离心泵空化状态监测的声发射信号采集与分析系统。通过该系统采集离心泵运行时的声发射信号,对其进行适当的特征提取,分析典型特征参数的变化趋势。应用研究结果表明,该系统能有效地根据声发射信号的特征参数变化情况辨识离心泵的空化状态,实现空化性能监测的目的。     

小波包在声发射信号特征提取中的应用

在分析典型声发射（AE）信号特征的基础上,根据机械故障或损伤引发的AE信号的特征提取原理,首次提出AE信号的小波包特征提取分析法。该方法利用小波包将信号按任意时频分辨率分解到不同频段的特点,可从AE信号中提取和重构出所需的特定时频段（点）上的特征信号,解决了不能从噪声大、频带宽和数据量大的实测AE信号中有效提取特征信号的难题。介绍了该方法的具体算法,并通过仿真研究了该方法在强噪声背景下提取特征信号的能力;将其用于声发射检测的滚动轴承损伤类型及部件的识别,诊断结果十分清晰、可靠和精确。仿真和实验研究均表明了AE信号的小波包特征提取分析法能有效应用于基于声发射技术的状态监测和故障诊断。     

一种模拟电路故障诊断方法的研究

基于模拟电路发生故障会导致电路信号小波包系数某种对应改变以及神经网络非线性逼近的特点,提出了一种基于小波包变换和神经网络的模拟电路故障诊断方法.先仿真得到正常和故障状态下的输出电压信号,然后对输出电压信号进行Haar小波包变换并提取小波包系数,并对各频段小波包系数变化值的能量进行归一化处理提取故障特征量,最后利用故障特征矢量训练神经网络确定模拟电路故障诊断的神经网络模型.仿真结果表明基于小波包变换和神经网络的模拟电路故障诊断方法取得了较好的效果.     

一种模拟电路故障诊断方法的研究

基于模拟电路发生故障会导致电路信号小波包系数某种对应改变以及神经网络非线性逼近的特点,提出了一种基于小波包变换和神经网络的模拟电路故障诊断方法。先仿真得到正常和故障状态下的输出电压信号,然后对输出电压信号进行Haar小波包变换并提取小波包系数,并对各频段小波包系数变化值的能量进行归一化处理提取故障特征量,最后利用故障特征矢量训练神经网络确定模拟电路故障诊断的神经网络模型。仿真结果表明基于小波包变换和神经网络的模拟电路故障诊断方法取得了较好的效果。     

基于HHT的水轮机空化信号研究

水轮机是水力发电机组中的关键设备,空化又是水轮机组运行过程中影响其稳定性和效率的因素之一。由于水轮机结构和运行的特殊性,空化不易被直接观测,采用水轮机空化声信号监测是研究空化的有效途径。传统的傅里叶变换和目前常用的小波变换对于窄带低频信号的分析效果明显,但两种方法很难涵盖水轮机空化宽带高频信号。本文正是在此情况下,提出了一种新的空化信号分析方法,Hilbert-Huang变换(HHT)。该方法对信号具有自适应功能,经验模态分解分解能提取具有明确物理意义的水轮机空化模式分量信号。通过对同一空化信号分别进行小波和HHT分析比较,发现HHT方法更具计算准确、精度高等优点。将基于Hilbert-Huang变换方法引入到水轮发电机组空化信号特征提取中,对水轮发电机组故障诊断系统的准确度将是一个有效的提升。     

轴流转桨式水轮机空化振动监测的试验研究

为满足电厂水轮机空化监测的需要,本文采用自行设计的空化监测系统对葛洲坝电厂某轴流转桨式水轮机组的现场空化特性进行了试验,通过数据采集和信号分析对多个工况下的水轮机空化信号特征进行了研究。试验中采用4个1-20kHz的高频振动加速度传感器,对水轮机四个不同位置的空化信号进行同时采集。试验表明在同一工作水头,多个工况下,水轮机的空化振动能量主要在2kHz以上,空化振动强度随着机组出力的增加而增大,在水轮机导叶轴和支持盖上所监测到的空化信号特征较尾水管处明显;同时也发现在该试验水头下115MW出力的空化振动能量较110MW和130MW小,是一个理想的工作点。这些结论对电厂的水轮机经济运行具有实际指导意义。     

小波包分析在汽轮机转子振动故障诊断中的应用

针对汽轮发电机组振动的频谱特点,提出了基于小波包变换的汽轮机转子振动故障诊断方法,它较一般的小波变换更能反映振动信号所包含的频谱成分及能量。根据Bently实验台所采集的4种典型汽轮机转子振动故障信号,运用小波包分析方法对其进行能量分析并提取故障特征。实验分析表明,基于小波包分析与信号能量分解的故障特征提取方法,可以获得汽轮机转子振动的故障状况;根据不同故障发生时的频谱特征,识别出不同的故障,从而进行汽轮机转子振动故障诊断。该方法比基于Fourier变换的故障特征提取方法更有效,适合于机械故障诊断。     

辐射电场特征能量提取法在评估GIS状态中的应用研究

气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation,GIS)内的隔离开关(Disconnecting Switch,DS)或者断路器(Circuit Breaker,CB)的动作会在GIS外部产生强烈的辐射电磁场环境。为了通过此测得的辐射场特征参数评估GIS的健康状态,特提出利用小波包分解提取辐射电场信号特征频段能量的方法。采用bior5.5小波基函数,分别对GIS处于健康状态与GIS中CB内出现绝缘故障两种情况下CB关合动作所产生的辐射电场信号进行4层小波包分解,从而提取不同频段的归一化能量,发现31.25 MHz以下的频段为此GIS因CB动作所产生辐射电场信号的特征频段。经推广,通过对比任意一次CB动作后辐射电场在特征频段的能量与GIS正常运行状态下典型辐射电场的特征频段的能量,可以诊断CB的绝缘故障,评估GIS的健康状态。     

复合材料声发射信号传播特性试验研究

为了获取直升机动部件疲劳损伤声发射信号的传播特性,搭建了声发射数据采集系统,对直升机动部件常用碳纤维材料试件和蜂窝材料试件进行了传播特性断铅试验,利用谐波小波包分析了声发射信号在各个频带上的衰减特性,克服了传统小波包分析能量泄露、频带选取不灵活、不同层频率分辨率不同的缺点.研究结果表明对于所研究两种试件,100 ～ 200 kHz频带的衰减特性与原始信号基本一致,可以代替原始信号进行定位和损伤识别研究,频率越高,衰减越快,衰减较大的无损检测场合,适合选择较低频率范围提取信号特征,对于所研究碳纤维材料试件,200 mm之后声发射信号衰减特性偏离理想衰减特性很大,限制了传统声发射源定位方法的应用.     

基于小波包能量熵的变压器振动信号特征研究

利用小波包分解原理将变压器振动信号分解到不同的频段中,然后计算各频段的能量熵值,最后根据该能量熵值来对变压器绕组进行故障诊断。试验结果表明,该方法能够突显变压器绕组的故障特征信息,为变压器绕组的早期故障的诊断奠定了坚实的基础。     

水轮机空化的小波奇异性检测研究

空化现象是水轮机中难以避免的主要危害。空化噪声的谱分析一般采用功率谱分析，而功率谱分析在研究空化噪声这种具有很强突变性的信号具有明显的缺陷。小波分析具有很好的局部性，在奇异性检测和奇异性定位研究中得到了广泛的应用，文中在小波变换模极大值奇异性检测的理论基础上提出了水轮机空化的小波奇异性检测方法，并提出了小波基选择方案和突变点检测条件。较之以往的基于模极大值线搜索的方法，该方法具有运算量小的优点。分析了实际检测数据，结果表明该方法的有效性，并很好的检测出空化初生和空化形态转变。     

基于声发射技术的水轮机转轮叶片裂纹检测

实验结果表明,与振动检测方法相比声发射检测更容易检测到初期的转轮叶片裂纹故目前水轮发电机组中的转轮叶片裂纹故障仍广泛采用振动监测方法进行间接测量,通过振动频谱中转频的倍频成分进行故障判断,但这种方法并不十分有效。介绍了声发射技术用于检测水轮机转轮叶片裂纹的可行性。分析水轮机不同运行工况叶片裂纹声发射信号与轮叶片裂纹发展过程的关系,同时将测得的声发射信号与同期的振动信号进行比障     

基于半正交三角样条小波包的电机故障信号处理方法

三角样条小波TSW（Trigonometric Spline Waelet)是作者首先提出适合电力系统信号处理的小波函数，它是对称的半正交小波。基于它的小波包称为半正交小波包，与Daubechies小波迭代算法不同，三角样条小波是对称的或反对称的小波，基于它的滤波器具有线性相位或广义线性相位，因而可避免信号相位失真，实验结果表明半正交小波包对故障信号的分解，压缩，重构比Daubechies小波包效果明显，另外对故障信号的小波包分解的不同频带的特征值和正常信号的特征值进行比较，可以对故障信号进行谐波检测和定位。