基于标准互相关函数的经验模态分解端点效应处理方法

在经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)过程中由于信号端点处极值点的不确定,导致信号上下包络线拟合过程中存在端点效应,使得EMD的分解结果严重失真.在分析现有处理方法的基础上,提出一种基于标准互相关函数的包络线拟合法.该方法以标准互相关函数为判定依据,每次分解时在信号上下包络线内部分别寻找一段与端点处包络线波形最相似、幅值差异最小的波形,用此段波形代替产生端点效应的包络线进行迭代,实现端点处包络线与原信号包络线边界处的光滑过度,减小端点处包络线的拟合误差.通过仿真和油膜涡动试验表明该算法可以有效解决端点效应问题,具有较高的分解精度,同时对模态混叠现象也有一定的抑制作用,与其他几种常见算法相比具有算法简单、易于实现的特点.     

基于波形平均的经验模态分解端点效应抑制方法

经验模态分解(EMD)作为一种非常灵活的自适应时频分析方法,已广泛用于旋转机械故障诊断中的振动信号分析。但是,经验模态分解存在两个问题:端点效应以及模态混叠。针对EMD中存在的端点效应问题,在积分延拓局部均值分解(IELMD)的基础上,提出了一种利用波形平均来改进IELMD的方法。该方法利用一组相似波形来代替最佳匹配波形与特征波形相匹配,通过对相似波形左边或右边波形取平均得到延拓波形,将其附加在原始信号左端或右端。仿真和应用结果表明,与IELMD方法相比,该方法能够更有效地抑制经验模态分解端点效应。     

基于EMD和非线性峭度的齿轮故障诊断

采用经验模式分解(empirical mode decomposition,简称EMD)和非线性峭度的统计特性对振动加速度传感器获取的齿轮箱振动响应信号进行特性分析。利用EMD分解获得振动响应信号的本征模式函数,用非线性Tea-ger能量算子计算每个本征模式函数的瞬时能量,并对本征模式函数进行系数的非线性峭度计算,提取系统的特征信息。仿真结果表明,用经验模式分解和非线性峭度可实现在线监测齿轮运转工作状态,及时发现齿轮的早期故障,提高了故障检测的可靠性。     

改进经验模态分解在动平衡信号提取中的应用

在变频结构干扰和强噪声背景下，传统方法从原始振动信号中提取动平衡信号的精度不高。本文采用经验模态分解可以根据实时振动信号的局部特征时间尺度，将其自适应分解为有限多个由高频到低频排列的、正交的本征模态函数；同时利用自回归预测模型延拓信号端点，以消除分解过程的边界效应对低频动平衡信号的影响；最后，根据功率谱密度可以快速、有效地判断出代表基频信号的本征模态函数。实验结果证明，该方法可以高精度提取动平衡信号，在相同测量条件下，能够获得较高的一次不平衡量降低率和较好的重复性能。     

基于经验模式分解和谱峭度的滚动轴承故障诊断

滚动轴承的振动信号是强背景噪声下的非平稳非线性信号,其特征提取是滚动轴承故障诊断的难点。为了提高滚动轴承的故障诊断效果,提出了基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposi-tion,EMD)和谱峭度(Spectrum Kurtosis,SK)的滚动轴承故障诊断方法。首先利用EMD方法对轴承故障信号进行分解,剔除趋势项,利用归一化白噪声分量的统计特性来滤除信号中的噪声分量,然后利用谱峭度方法估计带通滤波器的中心频率和带宽,最后对剩余的信号执行带通滤波和包络解调进行故障诊断。对滚动轴承故障诊断的结果表明,本文提出的方法能够有效地提高轴承故障诊断的效果。     

集成经验模态分解与相关峭度在滚动轴承故障诊断中的应用

船舶设备中的滚动轴承其振动信号成分复杂,故障信号易被背景噪声湮没,常规诊断方法难以有效提取轴承故障信息。为了从复杂的轴承振动信号中提取弱故障信号,将集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)应用到滚动轴承故障诊断中,并引入了相关峭度的定义,提出了一种新的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先利用EEMD将轴承振动信号分解为若干个分量信号,然后根据相关峭度最大原则选取分量信号,提取出滚动轴承的弱故障信号。通过对轴承内圈故障的仿真和实验研究验证了该方法的有效性。     

基于经验模态分解的改进乘性噪声去除方法

乘性噪声往往由不理想的(时变的或非线性的)信道引起,它与信号是相乘的关系,因此难以消除。在乘性噪声消除应用背景下,引入同态变换去除噪声与信号的相倚性,将乘性噪声转化为加性噪声,并应用经验模态分解技术进一步研究受均匀分布白噪声污染的谐波信号及其同态变型的能量分布特性,据此建立起适用于乘性噪声去除的本征模函数幅值滤波新阈值准则。从而,形成基于经验模态分解的改进乘性噪声去除方法。结果表明,采用柔性阈值的改进算法对乘性噪声的去除效果最佳。而且,基于二阶多项式回归分析所构建的本征模函数幅值滤波阈值准则已经可以获得较高的源信号重建精度,过高的多项式阶次会导致本征模函数幅值滤波阈值与其实际噪声能量水平的失配,从而显著地降低算法的去噪性能。     

在线信号的快速经验模态分解方法

传统经验模态分解(EMD)中存在端点效应和分解速度慢的问题,无法适用于在线信号的实时分析.针对这一问题,提出了一种在线信号的快速EMD分解方法,利用在线信号“无限长”特点,首先提取在线信号有效数据,然后采用LSSVR拟合信号上、下包络线,不仅有效抑制了EMD分解的端点效应,而且大大提高了EMD分解的质量和速度.仿真结果表明:该方法快速有效,基本可以满足在线信号的实时快速分解,具有一定的工程应用价值.     

基于变分模态分解和相关峭度的齿轮箱混合故障诊断

针对齿轮箱混合故障信号非线性、非平稳、噪声成分多以及多故障信号相互干扰的特点,提出了基于变分模态分解和相关峭度的齿轮箱混合故障诊断方法。利用变分模态分解能够有效地将信号分解为若干个具有紧致性模态分量的特点,对混合故障信号进行分解处理,将包含不同故障的模态分量分离出来;然后,根据相关峭度能够识别不同周期的冲击性信号的特点,利用最大相关峭度原则提取出包含不同故障的模态分量;最后,对这些模态分量进行包络分析,实现混合故障诊断的目的。通过实验信号的分析验证,证明了所提方法应用在混合故障诊断中的有效性。另外,分析了模态分量个数变化对方法结果的影响,为后续研究提供了经验性的结论。     

基于经验模态分解/高阶统计法实现微机械陀螺降噪

针对微机电系统(MEMS)陀螺存在的非线性、非平稳噪声,提出了应用经验模态分解/高阶统计(EMD-HOS)的降噪方法对MEMS陀螺进行降噪。首先,采集MEMS陀螺输出信号,根据EMD算法将信号分解成本征模态函数(IMF)。采用Bootstrap技术分别估计各IMF的峰度值,进行高斯特性检验,滤除高斯IMF。接着,使用方差聚合法分别计算IMF的Hurst指数,根据Hurst指数计算阈值,对各IMF进行软阈值处理。将阈值处理后的剩余IMF进行重构,达到降噪的目的。最后,通过交叠式Allan方差分析对滤波前后数据进行处理,绘制Allan方差与相关时间关系曲线,利用非线性最小二乘拟合方法,计算陀螺噪声各项指标。实验表明,EMD-HOS和软阈值处理能够有效地对MEMS陀螺降噪,其信噪比提高了5.6 d B,各项陀螺随机噪声关键指标提高近一个量级。     

Faulty bearing signal recovery from large noise using a hybrid method based on spectral kurtosis and ensemble empirical mode decomposition

Time–frequency analyses are commonly used to diagnose the health of bearings by processing vibration signals captured from the bearings. However, these analyses cannot be guaranteed to be robust if the bearing signals are overwhelmed by large noise. Ensemble empirical mode decomposition (EEMD) was developed from the popular empirical mode decomposition (EMD). However, if there is large noise, it may be difficult to recover impulses from large noise. In this paper, we develop a hybrid signal processing method that combines spectral kurtosis (SK) with EEMD. First, the raw vibration signal is filtered using an optimal band-pass filter based on SK. EEMD method is then applied to decompose the filtered signal. Various bearing signals are used to validate the efficiency of the proposed method. The results demonstrate that the hybrid signal processing method can successfully recover the impulses generated by bearing faults from the raw signal, even when overwhelmed by large noise.     

基于中值滤波-SVD和EMD的声发射信号特征提取

针对随机噪声和脉冲干扰对经验模态分解(EMD)质量的影响,提出中值滤波和奇异值分解(SVD)联合降噪方法,并将其与EMD分解相结合形成一种新的声发射(AE)信号特征提取方法.首先对原始AE信号进行中值滤波,去除幅值较大的异常值;其次对去除异常值的信号序列进行相空间重构和SVD分解,并针对难以确定重构阶数这一问题,提出奇异值能量差分谱概念,利用谱峰的较大值位置来确定重构阶数,以进一步降噪;最后对降噪信号进行EMD分解,以本征模态函数(IMF)的能量占比作为表征各损伤信号的特征向量.数值仿真和5层胶合板损伤的实测数据表明,该方法不仅能够滤除噪声干扰,提高EMD分解的时效性和准确性,而且能够有效地提取出胶合板AE信号特征,对其损伤类型进行有效地识别.     

基于多元经验模态分解的旋转机械早期故障诊断方法*

针对旋转机械早期微弱故障诊断问题,提出了基于多元经验模态分解的旋转机械早期故障诊断新方法。首先将多个加速度传感器合理布置在轴承座的关键位置,同步采集多通道振动信息;再利用多元经验模态分解同时对多通道振动信号进行自适应分解,得到一系列多元IMF分量;最后,依据峭度准则和相关系数从中选取包含故障主要信息的IMF分量进行信号重构,提取故障特征。多元经验模态分解方法克服了EMD等方法在进行多通道数据融合时缺乏理论依据的局限性。仿真信号和旋转机械故障信号的实验结果表明,该方法明显优于EEMD方法,对齿轮和滚动轴承故障的检测精度更高,可以在强背景噪声情况下更好地提取出故障冲击特征。     

HOC与EMD结合的齿轮损伤检测研究

结合高阶累积量(HOC)与经验模态分解(EMD)方法的各自优点,提出了一种新的HOC与EMD相结合齿轮损伤故障检测方法.将采集到的齿轮系统信号先通过经验模态分解方法分解成3层不同频段信号,将各频率段的特征信号进行粗略分离,再对每一层信号进行高阶累积量谱分析,抑制了系统噪声,突出信号的损伤与故障特征.据此分别对在4级转速300 r/min、900 r/min、1 200 r/min、1 500r/min下采集到的各自6种信号:无故障信号、齿根短裂纹故障信号、齿根长裂纹故障信号、分度圆短裂纹故障信号、分度圆长裂纹故障信号、齿面磨损故障信号等进行了分析.研究表明,该方法不但能有效地区分和诊断低速和高速不同运转状态下的各种齿轮故障,而且也能识别某些故障的故障损伤程度.     

基于经验模式分解和互信息的多模态图像配准

基于互信息的配准方法是目前多模态图像配准研究中的热点.提出了一种基于经验模式分解后剩余图像和互信息的多模态图像配准方法.首先通过理论分析得出通过求解剩余图像之间的变换参数即可获得原始图像之间的变换参数,从而论证了二维经验模式分解(BEMD)应用于多模态图像配准的可行性,然后给出了图像配准方法的实现步骤.典型多模态图像配准实验结果表明此方法与传统互信息法和基于小波分解结合互信息的方法相比,旋转角度估计误差可以降低1个数量级,缩放参数的估计误差也有很大降低.表明该方法获得了更高的配准精度.     

Pure harmonics extracting from time-varying power signal based on improved empirical mode decomposition

Harmonic decomposition makes a great impact on power system operation, especially devices with frequency converters are widely used in modern society. In this paper, a hybrid method based on improved empirical mode decomposition enhanced with masking signals is presented to extract single-frequency harmonics from disturbed power signals accurately. The parameters for building masking signals are optimized by cooperative chaotic particle swarm optimization, where the Logistic chaos and cooperative evolution are employed to improve the convergence accuracy and avoid trapping into local minima. For improving the performance further, the improved fast Fourier transform based on Nuttall window and harmonics pre-extracting procedure are introduced to enhance the decomposition accuracy and reduce the instantaneous magnitude error in extracting time-varying power signal. The synthetic and field experiments demonstrate that the proposed method reveals significant improvements in the integrality and decomposition accuracy of harmonics extracted from time-varying power signal.     

激光超声信号变分模态分解与裂纹定量检测

针对激光超声检测技术应用于金属增材件中所获取的信号具有复杂、多模态、信噪比低的特性的问题,获取激光超声信号进行时频分析,探究其频域可分性,采用变分模态分解算法根据频域特征进行分离并提取最佳表面波模态。在此基础上,提出一种基于激光超声信号B扫图结合变分模态分解提取表面回波特征值技术,对金属增材件表面裂纹长度进行定量检测。针对直接观察B扫图获取裂纹长度信息存在误差较大的问题,通过对变分模态分解提取的表面波模态在有无裂纹时反射回波峰峰值的变化分析,绘制扫查位置-峰峰值图并据此精确获取裂纹起始和结束位置,检测结果的相对误差不超过8%。与直接获取原始信号B扫图的裂纹长度信息相比,提高了检测精度。该方法在金属增材件的激光超声信号的特征提取与定量检测方面具有可行性。     

Source separation of diesel engine vibration based on the empirical mode decomposition and independent component analysis

Vibration signals from diesel engine contain many different components mainly caused by combustion and mechanism operations,several blind source separation techniques are available for decomposing the signal into its components in the case of multichannel measurements,such as independent component analysis(ICA).However,the source separation of vibration signal from single-channel is impossible.In order to study the source separation from single-channel signal for the purpose of source extraction,the combination method of empirical mode decomposition(EMD) and ICA is proposed in diesel engine signal processing.The performance of the described methods of EMD-wavelet and EMD-ICA in vibration signal application is compared,and the results show that EMD-ICA method outperforms the other,and overcomes the drawback of ICA in the case of single-channel measurement.The independent source signal components can be separated and identified effectively from one-channel measurement by EMD-ICA.Hence,EMD-ICA improves the extraction and identification abilities of source signals from diesel engine vibration measurements.     

基于谱峭度和CEEMD的滚动轴承声信号故障诊断研究

使用声信号来诊断轴承故障越来越受到重视.针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于谱峭度和互补集合经验模态分解(CEEMD)的故障特征提取方法.该方法首先对滚动轴承声信号进行快速谱峭度计算并进行带通滤波预处理,使滚动轴承声信号变得简单且噪声小,故障冲击成分明显;然后利用CEEMD将滤波信号进行分解运算,得到一系...