广义检波解调分析的三种算法及其局限性研究

针对广义检波滤波解调分析的局限性给机械故障诊断带来的误诊断问题 ,系统研究了广义检波滤波解调分析基本原理和局限性的产生原因 ,指出混频现象的产生主要是由于取绝对值、检波过程或平方计算过程都可能产生混频效应 ,在解调谱中出现为无法分析的频率成分 ,给分析带来很大困难。并由此推导了避免混频现象的采样频率的选取范围 ,从而根本上避免了此类误诊断的产生。所得出的结论为具有齿轮、滚动轴承等设备的机械故障诊断提供了理论参考。     

复解析带通滤波器及其在解调分析中的应用

复调制带通滤波器具有负频率为零、冲击响应函数实部和虚部有 90°相移的特点 ,能将带通滤波和希尔伯特变换合为一体 ,只要选择合适的滤波参数 ,在解调分析中将不包括故障信息的时域相加信号滤掉 ,且能避免广义检波滤波解调分析中的混频效应。利用此原理 ,并将最大细化倍数与带通滤波器的宽度之间建立了严格的数学关系 ,以避免为了大幅度提高运算速度而只对选抽点进行变换可能产生的频混现象 ,优化了现代设备故障诊断广泛应用的窄带希尔伯特变换解调分析的算法     

基于希尔伯特变换的信号解调算法及其在飞机供电特性参数测试系统中的应用

电压调制幅度、频率调制幅度和畸变频谱是对飞机机载电源系统供电特性参数进行测试时与信号调制相关的重要参数。为了更好地测试这些参数,提出了一种基于希尔伯特变换原理的数字解调算法,可以将采集的幅度或频率调制信号进行解调分析;同时,构建了一套飞机供电特性参数测试系统,将解调程序与硬件设备结合,通过程序控制数据采集卡对机载电源信号采样与解调分析;设计了实验对波形发生器产生的调制信号进行采样与解调,验证了该系统具有良好的效果,可以应用于飞机供电特性参数的测试中。     

自适应BPSK解调方法研究

提出了一种新型的基于自适应滤波算法的解调二进制相移键控（BPSK）信号的方法。以常用的最小均方误差自适应算法（LMS）为例，讨论了新型的BPSK自适应解调的过程及其性能。该解调算法不需要自适应滤波器完成收敛，从而降低了采样频率。给出的理论性能与仿真结果表明，BPSK自适应解调的误码率仿真结果与理论值吻合非常好；而且该方法具有抗干扰性能强、输出响应快、便于数字信号处理（DSP）技术实现等特点，在相同的采样频率下其误码率优于相关解调的误码率。     

基于FPGA的激光外差干涉仪反正切解调技术

针对高频声学应用中多普勒信号软件解调的局限,提出了一种基于FPGA的数字硬件信号解调方案.基于AD9467设计了高速ADC采集系统,以实现原始多普勒信号的奈奎斯特采样或带通采样;基于Xilinx Zynq-7000片上芯片系统设计数字信号处理系统,实现了 DDS合成参考信号与多普勒信号混频、低通滤波产生I&Q基带信号对...     

基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮启停过程中故障振动信号的调频特性,提出了基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法,并将其应用于齿轮瞬态信号的分析。广义解调时频分析是一种新的时频分析方法,它可以将多分量的信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的单分量信号,每个单分量信号可以是调幅-调频信号,因此非常适合处理多分量的调幅-调频信号。而当齿轮发生故障时,其启停过程中的振动信号就表现为多分量的调幅-调频特征。在基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法中,首先采用广义解调时频分析方法将齿轮瞬态信号分解为若干个单分量信号,然后计算各个分量的瞬时频率,再对其瞬时频率信号进行重采样,最后对重采样信号进行频谱分析得到阶次谱,从而提取齿轮振动信号的故障特征,判断齿轮的工作状态。仿真信号和实验信号的分析结果表明了该方法的有效性。     

振动调频信号的循环平稳解调原理与实现方法

含有齿轮、滚动轴承等零部件的机械故障振动信号中，有一类信号称为频率调制信号（或称调相信号）。运用循环平稳分析理论，推导调频信号的循环自相关函数结果，并从理论上推导和分析了运用平方解调（或广义检波滤波解调）的方法实现对循环自相关函数的低频切片函数和高频切片函数进行解调的原理和方法，仿真验证理论推导正确，解调效果很好。最后通过对齿轮箱实测故障信号进行分析，验证该方法有很好的解调效果。     

基于谐波小波变换的共振解调法

在滚动轴承的振动故障诊断中，广泛使用解调方法分析诊断故障。利用软件方法实现共振解调时，必须首先构造窄带高频带通滤波器，提取高频共振信息，然后利用Hilbert变换进行解调分析。通过分析谐波小波变换的实现过程，发现信号经谐波小波变换的实质是将信号带通滤波后，进行Hilbert解调。另外，共振解调中要求带通滤波器是窄带高频带通滤波器，广义谐波小波突破了传统二进小波在低频分辨率高，而在高频分辨率低的限制，能够实现超窄带高分辨率检波，满足共振解调的要求。在此基础上，提出了基于谐波小波变换的共振解调算法，为软件实现共振解调提供了一种新的途径。     

H型亚微米梁的混频特性测量

本文简述了H型亚微米梁的工艺实现过程,从实验上详细研究H型梁的两种混频方式:向下混频和向上混频.考察的H型梁长度分别为8μm、10μm、12μm和15μm,小激励下谐振频率分别为13.30 MHz、8.77 MHz、6.12 MHz和3.65 MHz.通过在梁上施加两路不同频率的静电激励信号,调整两信号频率差值及和值在梁的本振频率附近变化,经过梁的自适应过程实现信号混频,最后由多普勒测振仪检测梁的混频特性.实验结果表明梁在向下混频时的振幅随两路信号频率的平移而改变,出现所谓的窗口效应;对于这两种混频方式,混频分量越接近梁的本征频率,梁的振幅越大,反之梁振幅下降越多;在输入信号功率均设置为14 dBm时,对比向上混频,向下混频使得梁的振幅更大,诸如12μm长的梁向下混频时梁振幅为4.082 nm,而向上混频时混频处振幅仅为1.826 nm.     

基于频移及谱线编辑的齿轮故障窄带解调分析方法

通过对旋转机械变速运行齿轮箱振动研究,提出基于频移及谱线编辑的齿轮故障窄带解调分析方法。对齿轮箱变速等非稳态信号进行时域同步采样,利用阶比跟踪对时域信号等角度重采样转换为角域准平稳信号,克服转速波动对信号分析产生的频率模糊现象;对角域信号进行同步平均削弱与转速无关的频率成分,提高信噪比;对平均信号进行窄带解调分析,通过对阶比谱自动编辑分离出齿轮故障主要啮合阶比分量后恢复到角域信号,进行幅值解调及基于频移的相位解调,据幅值解调及相位解调波形图提取齿轮故障特征。结果表明,基于频移、谱线编辑的齿轮故障窄带解调分析方法能有效提取齿轮故障特征信息。     

Optical signal processing in dual-wavelength optoelectronic drop analyzer

Dual-wavelength optical signals are injected into the liquid drop through optical fibers in order to study the light intensity variation during the drop growth. Modulation and demodulation are used to reduce the influence of ambient light on the valuable optical signals. HA17555 chip composes the oscillating circuit for light modulation, with different high oscillating frequency for different light source. The light signal collected by a fiber detector after propagation inside the drop is changed into electric signal through the OPA2111 photoelectric circuit. The second-order band-pass filter composed of MAX275 chip is used for signal-separation. The high-pass filter is used to prevent the low frequency signal of ambient light. The valuable signal related to the drop is demodulated by a linear demodulation circuit including a half-wave rectifier, full-wave composition and low-pass filter.     

振动调幅信号的循环平稳解调原理与应用

在具有齿轮、滚动轴承的机械设备故障诊断中,广泛使用解调分析方法进行故障特征提取.对其中的周期平稳信号,通过循环自相关函数分析,并利用函数在某些循环频率下的切片进行绝对值解调可解出信号的调制频率.对两组调制相加信号在对应于某个调制频率的循环频率处进行循环自相关函数的切片解调,可得到该组调制频率成分的解调谱,从而达到将幅值调制相加信号分离成单一幅值调制信号并进行有效解调的目的.仿真和对滚动轴承实验验证,该方法在低频和高频处分别切片都有很好的解调效果,且与理论推导一致.但是该方法存在解两相加信号时以两频率之差及其倍频作为调制频率解出的局限性.     

非线性调频分量分解的转子油膜涡动信号分析研究

转子轴承系统的振动信号常呈现非线性调频特征且信号分量在频域混叠,传统的频谱分析方法难以处理该类信号。基于参数化解调的非线性调频信号分解方法来分析油膜涡动、油膜振荡特征信号能够有效分解频域混叠的非平稳信号。首先通过优化频谱集中性指标来估计信号瞬时频率参数并用估计到的参数将非线性调频信号解调为平稳信号,最后用带通滤波器提取解调信号。仿真及实验信号通过该方法分析后的结果证明,所用非线性调频分量分解的信号分解方法能够有效提取转子轴承系统的油膜涡动、油膜振荡故障特征,从信号时频图及提取分量的时域图可以清晰看到油膜涡动、油膜振荡的发生发展过程,为早期油膜涡动判定提供依据。     

基于STFT的振动信号解调方法及其在轴承故障检测中的应用

从信号滤波角度,对基于STFT的振动信号解调方法的原理和影响其解调性能的各种因素进行了严格的理论分析,指出该解调方法实质是基于复解析带通滤波的Hilbert变换解调法.严格证明了在利用Hilbert变换进行包络解调分析时,只要带通滤波器通带范围包括调制信号的部分频率成分,就可解调出被调制信号的周期成分.为了避免对所有的解调信号序列进行包络谱分析,提出按峭度值最大化准则选择一组含有丰富故障信息的解调信号序列进行包络幅值谱分析.基于以上讨论,给出了实用的基于STFT的振动信号解调算法.为了验证提出的解调算法的有效性,用该算法对仿真和实际轴承故障信号进行了解调分析,分析结果表明,利用该算法能有效地检测轴承故障.     

振动调频信号的时延二次变换解调研究

调频信号在频谱上具有与调幅信号相同的频率分布特征，然而，轴承和齿轮故障诊断中常用的解调方法却只适用于调幅信号，不能分析调频信号。基于以上问题，从确定调频信号频率分量幅值的贝塞尔函数的性质出发，分析了平方解调法不能对调频信号进行解调的原因。分析过程中发现由于贝塞尔函数的一些特殊性质，使得常用的解调方法不再适用于调频信号。针对这个原理，本文提出利用时延二次变换（信号与时延信号的乘积）打破调频信号边频分量的贝塞尔函数的特殊性，使得变换之后的信号中包含有调制频率，从而实现了对调频信号的解调。     

A novel differential synchronous demodulator for AC signals

We describe a new analog differential synchronous demodulator for AC signals where (i) the signal is synchronously demodulated using the floating-capacitor technique after being amplified, if necessary, by an AC amplifier with differential input and differential output, thus yielding a very high CMRR; and (ii) the differential-to-single-ended signal conversion is performed after demodulation, that is, on a low-frequency signal that can be amplified by low-cost, high-performance circuits. The possible signal-to-noise ratio degradation because of synchronous sampling is prevented by using bandpass differential filters     

Modified phase-generated carrier demodulation compensated for the propagation delay of the fiber

In general applications, the output signals of the fiber-optic interferometric sensor (FOIS) need some demodulation techniques to linearly demodulate the sensing phase signal. The common signal demodulation circuit of the FOIS is passive homodyne demodulation using phase-generated carrier [(PGC) demodulation]. Preliminary analysis of the research demonstrates that a variation in the output demodulated signal is related to the length of the fiber, and the output demodulated signal will approach zero at some certain lengths of the fiber. To improve the performance of the FOIS, it is necessary to develop the modified PGC demodulation to compensate for the propagation delay of the fiber.     

广义解调时频分析方法在调制信号处理中的应用

介绍了一种新的信号处理方法-基于广义解调的时频分析方法,并将这种方法应用于调制信号的处理。广义解调时频分析方法采用广义解调将时频分布是曲线的信号变换为时频分布是平行于时间坐标轴的直线的信号,然后采用最大重叠离散小波包变换（Maximal overlap discrete wavelet packet transform,简称MODWPT）对广义解调后的信号进行分解,得到若干个瞬时频率和瞬时幅值都具有物理意义的单分量信号,再对各个单分量信号进行逆广义解调,进一步求出瞬时频率和瞬时幅值,从而得到原始信号完整的时频分布。采用广义解调时频分析方法对调幅-调频信号进行了分析,结果表明该方法能有效地提取调幅-调频信号的调制信息。     

Expansion of linear range of Pound-Drever-Hall signal

We propose new solutions for expanding the linear signal range between the laser frequency deviation (or mirror position) and the voltage signal derived by the Pound-Drever-Hall (PDH) method for optical Fabry-Perot cavity resonance control. One solution is to perform not in-phase demodulation but near-Q-phase demodulation. Another solution is to take a suitable combination of signals demodulated by odd-harmonic modulation frequencies in the in phase. Although the PDH signal sensitivity will be diminished, the PDH signal linear range can be extended. From a practical standpoint, it is desirable that a sideband frequency for the PDH method is near the FP cavity resonance.