DAS-1动态信号分析与故障诊断系统

DAS-1动态信号分析与故障诊断系统是我们在借鉴消化吸收引进技术的基础上,对1989年推出的“CDMS 信号处理、故障诊断及振动分析系统”做大规模改进而研制成功的新一代彩色汉化系统。本文着重介绍了系统的功能和设计思想;并且从彩色汉字显示和窗口技术,多通带带通数字滤波器的设计和实现,带数字抗混滤波的离线回放分析功能,提高软件FFT 和谱分析速度和精度的方法,高精度的时间和转速测量新技术,快速转速跟踪滤波方法,三维谱阵的光标显示技术和高速模态动画显示等八个方面论述了其技术特点。     

利用噪声功率抵消的高分辨力自回归谱分析

自回归谱分析(亦称最大熵谱分析)作为一种较高分辨力的方法,代替常用的FFT为基础的谱分析,受到人们极大的关注。本文研究了自回归谱分析法与Prony方法和Pisarenko谱分解法之间的关系。Prony方法为自回归谱分析提供了一种新的信号功率估计方法,而Pisarenko方法为自回归噪声功率抵消谱分析提供了一种噪声功率估计的方法。     

三维谱图及振型的动画显示原理

一引言大型信号处理系统和模态分析系统都具备三维谱图或振型动画显示功能。近年来,国内许多单位在配有模数转换器A/D的小型机或微型机上开发了信号处理和模态分析的软件,使得在不具备专用信号处理系统的情况下,利用目前已较普及的微型机或小型机也可以进行信号处理和模态分析工作。本文旨在介绍三维谱图、空间曲面的二维制图以及振型的动画显示原理。根据这些原理,可以方便地编制实用程序从而使得所开发的软件分析系统具备形象的图形输出功能。二三维谱图在转子动力学试验的特征分析中广泛使用转速谱图、时间谱图等三维谱图。图1是用PDP11/34计算机驱动HP7221A绘图仪绘制的某大型电站汽轮发电机基础的时间谱图。它的横坐标为频率,纵坐标上绘出了六十根谱线,每一根谱线代表一个时刻进行FFT分析的功率谱。 FFT     

屋盖风振响应功率谱及背景与共振响应的分离

提出一种利用小波包变换的随机信号功率谱分析的新方法。采用该法首次实现了背景响应与共振响应的分离。通过一个双频率信号的谱分析,考察了该方法的频率检测精度和分辨率。然后将该法应用于一个大跨屋盖风振响应的功率谱计算,检验了该法对随机信号的谱估计精度。计算结果表明:该方法速度快、精度高、分辨率也高,是一种适用于大型屋盖各种响应信号的谱估计算法;脉动响应信号的小波包分解是获得背景和共振响应时程的有效途径。     

材料摩擦异响试验台随机振动控制方法研究

为解决车辆在真实道路中的材料摩擦异响测试精度及稳定性问题，开发车用材料摩擦异响试验台系统，基于此系统对其随机振动功率谱密度再现控制方法展开研究。采用变步长频域-X滤波LMS自适应逆控制模型来实时修正系统阻抗函数，实现功率谱密度的高精度再现。采用NI Compact RIO控制器完成数据采集及实时数据处理，对系统振动加速度进行闭环控制，从而实现功率谱密度的实时再现。试验结果表明，采用频域-X滤波LMS自适应逆控制方法可以高精度再现设定功率谱密度，再现误差小于10%，满足实际工程精度要求和实时性要求。     

三维表面微观形貌的二维功率谱表征

二维谱分析在工程表面的研究中是有效和实用的,在介绍二维快速傅里叶变换基本概念的基础上,推导出了二维功率谱、角谱和半径谱在三维表面形貌中的应用计算方法,并对一些有代表性的精加工表面试件进行了实验研究。结论表明,二维谱分析技术可以表征表面纹理的方向性和不同波长对表面粗糙度高度均方根的影响。     

水下2点同爆声信号功率谱及时频分析研究

采用Bartlett和Welch方法对2点同爆声信号的功率谱进行了估计,并比较了其与常规水下爆炸声信号功率谱的区别.通过现代谱分析方法求解了其AR参数,最后利用短时傅里叶变换和小波变换对水下爆炸声信号进行分析,揭示了爆炸声能量随频率分布的规律.     

旋转机械非稳定信号的伪转速跟踪阶比分析

旋转机械非稳定信号阶比分析技术，是旋转机械特征分析的重要内容。本文提出并介绍了用时频分析技术中的瞬时频率估计实现伪转速跟踪阶比分析的方法。和传统方法相比，本方法无需转速计和鉴相装置等辅助硬件手段，简化了阶比分析的实现。介绍了借助本方法实现的阶比谱、阶比谱阵和跟踪阶比谱等阶比分析技术的方法，并通过实际测试验证了其有效性。本方法是对已有方法的有力补充，特别适合虚拟测试仪器发展的要求。     

基于半互功率谱密度及响应面法的干气密封系统工作模态分析

干气密封装置的动态特性会直接影响密封的可靠性,针对具有复杂结构的干气密封装置,实现对其工作模态的研究。基于多参考点最小二乘复频域法(PolyLSCF),分别采用互功率谱函数(Cross Power Spectra)和半互功率谱密度函数(Cross Half PSD)实现对装置系统的工况模态分析及识别,并通过数学指标:模态置信度(MAC)、平均相位偏差(MPD)、模态相位线性度(MPC)、模态复杂性(MOV)以及模态指示函数(MIF)对两个函数的模态结果进行验证。结果表明:采用半互功率谱密度函数的模态分析结果好于互功率谱函数,半互功率谱密度函数更适用于此类复杂结构系统的工作模态分析;不同操作条件下的模态结果表明:转速对于系统模态的影响大于介质压力;同时建立了一种基于响应面方法的时变模态参数识别模型,以不同的操作条件(介质压力与转速)、方向和模态阶数为响应面变量,通过Box-Behnken试验设计选取合适的变量样本点,建立系统模态参数的完整二次多项式工作模态响应面模型并验证了其有效性,为实现时变模态的辨识提供了新的方法和技术支持。     

最大熵谱法在动力学参量信号分析中的应用研究

本文对最大熵谱法(MEM)实际用于爆炸振动和天然脉动等各种动力学参量的谱分析作了详细应用研究;给出了不同的样本长度、参量和分析方法(如 FFT)的对比结果,证明了 MEM 法在动力学参量的谱分析中应用是有效的。文内还提出了用 MEM 法求取瞬态振动波形阻尼比的方法,给出了实际计算结果。     

基于复解析带通滤波器的复调制细化谱分析原理和方法

采用复解析带通滤波器进行选带细化谱分析的原理为：构造复解析带通滤器－对时域信号隔D（细化倍数）点或2D点进行复解析带通滤波－移频－进行FFT和谱分析。与传统复调制细化谱分析相比,由于只对细化选抽点进行移频,大大节省了内存空间,减少了计算工作量;由于先选抽滤波后移频,避免了较复杂的频率调整过程,复解析滤波器的负频率部分幅值为零,能够大大降低对数字滤波器特性的要求,提高细化分析的最大倍数和细化谱分析的精度,仿真研究表明,采用FIR一级数字滤波器,当半阶数为500时,最大细化倍数可达150,仍能保证幅值分析精度误差在1％以内,采用二级FIR滤波器,最大细化倍数可达2000倍以上。     

调制FFT及其在离散频谱校正技术中的应用

提出了一种调制快速傅立叶变换(FFT),通过时域调制对实信号进行移频,打破频域内的对称性,再进行传统的FFT.该算法克服了直接进行FFT计算结果有一半冗余的缺点.将频率分辨率提高了一倍.提高了频率定位的精确度,从而减小了最大的幅值和相位误差,并进一步提高了抗噪性能.以比值校正法和相位差法为例,将调制FFT应用到离散频谱校正技术中,解决了基于FFT的离散频谱校正方法由于噪声影响而出现的一些问题,进一步提高了校正精度和抗噪性能.理论分析和Monte Carlo计算机模拟实验验证了上述结论的正确性.     

离散频谱相位差校正方法研究

在综合分析三种离散频谱相位差校正方法特点的基础上,通过仿真研究,得出在无噪声和小噪声情况下,第一种相位差法（连续采两段信号分别作相同点数FFT）优于第二种相位差法（采一段信号分别作N点和前面N／2点FFT）和第三种相位差法（第一段信号,再构造新序列：将原时域序列前N／2点平移N／4点,将序列的前后N／4点置零,分别对原序列和新序列进行FFT分析,利用对应峰值谱线的相位差进行频谱校正的通用方法）。在大噪声情况下,第三种相位差法的正精度高于其它两种方法。对于相隔较近的频率成分（不小于4个频率分辨率）。第一种和第三种相位差法均高于第二种方法,在小噪声的实际工程中,推荐使用第一种相位差法加Hanning窗进行校正,幅值误差小于1％,频率误差小于0．02个频分分辨率,相位误差小于5度。     

几种基于FFT的频率估计方法精度分析

介绍了噪声背景中正弦信号频率估计的方差下限，对利用FFT主瓣内两条幅度最大谱线进行插值的频率估计方法（Rife-Jane方法和Quinn方法）以及利用FFT相位进行频率插值的方法（分段FFT相位差法和重叠FFT相位差法）的方差进行了理论分析，推导了Quinn方法的频率估计方差计算公式．提出了通过滤波进一步提高分段FFT相位差法的频率估计精度的方法。通过计算机MonteCarlo模拟实验对上述各种方法的频率估计精度以及加窗函数的影响进行了分析并与理论下限进行了比较，指出了每种方法所能达到的估计精度。     

基于复解析带通滤波器的复调制细化谱分析的算法研究

在采用复解析带滤波器宽度为fs／2D、隔D点选抽一点、移频和作N点谱分析的方法进行细化谱分析的原理基础上，研究了基于复解析带通滤波器复调制细化谱分析的算法。讨论了算法的核心部分－复解析带通滤波器的构造，滤波器外扩的原理，一级选抽及二级选抽滤波器的设计。仿真研究表明，采用一级FIR数字滤波器，当半阶数为500时，最大细化倍数可达150，仍能保证幅值分析误差在1％以内，采用二级FIR滤波器最大细化倍数可达2000倍以上，运算速度也有较大幅度的提高。     

频谱校正时谱线干涉的影响及判定方法

针对现代比例（内插）频谱校正法要求参与计算的两条谱线只包含单频率成分信号的特点，分析了包含有两个以上频率成分信号和负频率成分所产生的谱线干涉现象及由此带来的较大校正误差问题，推导并提出了离散频谱中谱干涉的相位和幅值综合判断方法以及校正的可信度，当可信度为１００％时，此离散谱峰为单频率成分，由此实现了单频率信号离散频谱的自动校正。仿真计算表明该方法简便易行、精度高     

频谱校正的线性调频Z变换方法

提出了一种用线性调频Z变换进行频谱校正的的新方法,通过提高局部频段内的频率分辨率解决离散谱线不能对准实际谱峰时所带来的误差。介绍了线性调频Z变换的原理以及将该变换应用于频谱校正的具体方法和步骤,并通过仿真计算对该频谱校正方法有效性进行验证。模拟计算表明该方法具有校正精度高、速度快和灵活性强的特点。     

平稳和非平稳振动信号的若干处理方法及发展

回顾了稳态或准稳态振动信号处理方法中的离散频谱分析与校正，细化选带频谱分析，解调分析和高阶谱分析，非平稳振动信号处理方法中的转速跟踪分析，短时傅立叶分析，Wigner-Ville分布，小波分析和Hibert-Huang变换的发展历史，论述了各类方法的原理，分析其特点和在工程中的应用，探讨了发展前景。     

全相位频谱校正技术在水声通信中的应用研究

多普勒效应是影响水下移动通信性能的主要因素,准确估计多普勒频移对提高通信系统可靠性具有重要意义。在进行离散频谱分析时,时域非整周期截断会造成频域能量的泄漏,导致频谱估计精度降低。全相位频谱分析具有良好的抑制频谱泄漏特性及相位不变性。仿真验证了全相位频谱校正技术相对于传统频谱校正技术在估计性能上的优势,并在此基础上探讨了全相位频谱校正技术在水声通信中的应用。采用全相位频谱校正技术进行多普勒频移估计,进而进行多普勒补偿以降低通信系统误码率。仿真结果表明,全相位频谱校正技术能够实现高精度多普勒频移估计,从而提高水下移动通信系统的可靠性。