频率切片小波变换在爆破振动信号时频特征精确提取中应用

基于频率切片小波变换(Frequency Slice Wavelet Transform, FSWT)技术研究爆破振动信号时频特征提取新方法。采用FSWT进行爆破振动信号分解，得到在全频带下的时频分布。在此基础上据其时频能量分布，选择时间、频率切片区间进行细化特征分析，通过信号特征频率切片区间信号重构，实现爆破振动时频特征分离及提取。通过与传统的STFT、WPT、WVD等算法进行对比分析表明，FSWT算法具有良好的时频聚集性、任意频带分量特征提取的灵活性及准确性。将FSWT算法引入爆破振动效应分析领域，可为爆破振动信号时频特征精确提取奠定基础，具应用前景较好。     

时频面上基于瞬频估计的信号提取方法

针对多分量非平稳信号的噪声抑制和信号分离问题,提出了一种新的时频滤波法.采用FMmlet自适应分解将被分析信号在时频空间内展开,得到无交叉项干扰、时频聚集性很强,且能反映信号的线性或非线性结构的时频特性的时频分布.根据时频面内能量脊与瞬时频率的对应关系,采用谱峰检测和时频加窗轮流迭代的方法,估计出信号分量的瞬时频率.在瞬时频率精确估计的基础上,设计适当的时频滤波函数,对被分析信号的Wigner-Ville分布(WVD)进行时频加窗处理,得到单分量信号的修正WVD,然后采用 WVD反变换进行信号分量的时域重构,达到从非平稳信号中分离有用分量的目的.理论分析和仿真实验表明,利用该方法从复杂非线性时变信号中提取出的信号分量失真度小.该方法在非平稳信号的深层特征提取中具有良好的应用前景.     

爆破振动信号双线性变换的二次型时频分析

为提高爆破振动信号特征分析的精度,利用双线性变换的二次型方法研究了爆破振动信号的时频特征.首先,扼要介绍了Fourier分析、短时Fourier、小波分析的特点.其次,介绍了双线性变换的二次型时频分析方法及其能量分布函数.再次,研究了振动信号时频分布的重排技术.最后,基于MATALB6.5平台得出了铜山口矿一实测爆破振动波形的WVD,SPWVD,RSPWVD时频分布图.结果表明,双线性变换的二次型时频表示,克服了短时Fourier变换频率分辨率低和小波变换是基于位置和尺度变换的缺点,是一种更加直观、合理、时频分辨率更高的信号时频表示方法;平滑伪仿射Wigner-Ville分布在把握信号的时频全局方面有明显优势;重排平滑伪Wigner-Ville分布能提高信号的时频聚集性,可用于获取爆破振动信号的主频信息.     

EMD和FSWT组合方法在爆破振动信号分析中的应用研究

针对传统经验模态分解EMD时频分析功能不足的缺陷,提出了基于经验模态分解EMD和频率切片小波变换FSWT组合的爆破振动信号分析方法。对实际工程采集到的爆破振动信号进行EMD分解,根据相关性系数确定优势分量实现信号重构,并获取重构信号全频带FSWT时频特征。利用FSWT逆变换能切割任意频率区间的特点,将重构信号选择时间、频率切片区间进行了更为细化时频特征提取。研究了EMD-FSWT组合方法、Hilbert-Huang变换(HHT)、小波变换(WT)三种方法的消噪滤波效果,并与短时Fourier变换(STFT)、重排平滑Wigner-Ville分布(RSPWVD)两种传统时频方法进行了对比。分析结果表明:EMD-FSWT组合方法,对瞬态信号在时频域上的分辨率更高,消噪和滤波效果好,适于对爆破振动信号进行更为精细化的时频特征分析。     

基于EMD-Wigner-Ville的内燃机振动时频分析

在分析多分量信号时,WVD交叉项的出现极大干扰了对信号的时频分析,针对现有WVD交叉项抑制方法存在聚集性与交叉项成分抑制相互矛盾的问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)的WVD交叉项抑制方法。该方法首先利用EMD分解方法,将信号分解成相互独立的一系列具有不同特征时间尺度的固有模态函数(IMF),然后运用相关系数法对经验模式分解伪分量进行剔除,再对每个IMF进行Wigner-Ville分析,最后把各个IMF的Wigner-Ville分析结果线性叠加重构原始信号的时频分布。仿真实验结果表明,该方法既能有效抑制时频分布的交叉项,又保证了Wigner-Ville分布的时频聚集性。将EMD-Wigner-Ville应用在内燃机振动时频分析中,两个实例有效地揭示出了内燃机振动信号的特征信息,克服了HHT时频分布、Wigner-Ville时频分布在分析内燃机振动信号时的缺陷,是一种有效的时频分析方法。     

基于Gabor展开的Wigner-Ville分布的交叉项消除

Wigner-Ville分布(WVD)具有最好的时频分辨率,但其固有的交叉项问题限制了其应用.根据旋转机械振动信号分析中的多分量非平稳信号的频率成分均与基频成倍数(阶比)关系,提出应用基于离散Gabor变换的迭代时变滤波和对Gabor系数的选择遮掩提取出感兴趣的各单阶分量,先分别计算各单阶分量的WVD,再将各单阶分量的WVD合并,可得到无交叉项的WVD时频谱图.仿真及实际测试试验结果表明,该方法可有效去除旋转机械多分量非平稳信号WVD分析中的交叉项干扰.     

地铁隧道爆破振动测试及时频特征分析

为确保某市地铁隧道安全、高效地爆破开挖,采用网络测振仪测试了隧道掘进爆破时周边建(构)筑物的爆破振速。基于频率切片小波变换开展时频特征分析,首先得到了测振信号的全频带时频分布特征,进而通过5个主成分频率切片区间更进一步精确提取了爆破振动信号时域、频域分布特征,并得到了相应频带内的爆破振动重构分量。实测数据时频特征分析表明,频率切片小波变换具备独特的信号分析优势,适用于地铁爆破振动信号时频特征提取;此次地铁隧道钻爆法开挖产生的质点峰值振速在0.07～0.85 cm/s之间,主频在13.3～68.9 Hz之间,爆破振速处于《爆破安全规程》规定的安全阈值范围内,爆破方案基本合理。     

爆破振动信号的时频分析

爆破振动信号的研究方法已由单纯的频域分析过渡到时频联合分布分析。在讨论FOURIER变换(FT)和短时 FOURIER变换(STFT)不足的基础上,论述了基于连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)在爆破振动信号分析中的应用。作为一种严格的时频分析方法,论文尝试利用二次型时频分布来进行爆破振动信号的时频联合分析;通过几种二次型时频分布的对比分析,认为CWD在具有较强的时频聚集性的同时又较好的对交叉项进行了抑制,适合于进行爆破振动信号的时频分析。     

时频分布在爆破震动信号处理中的应用

爆破震动信号是典型的非平稳信号,其处理方法已由单纯的频域分析过渡到时频联合分布分析。在讨论Fourier变换(FT)和短时Fourier变换(STFT)不足的基础上,论述了基于连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)在爆破震动信号分析中的应用。作为一种严格的时频分析方法,论文尝试利用二次型时频分布来进行爆破震动信号的时频联合分析;通过几种二次型时频分布的对比分析,认为CWD在具有较强的时频聚集性的同时又较好地对交叉项进行了抑制,适合于进行爆破震动信号的时频分析。     

基于时频分析的CFRP分层缺陷识别研究

为了实现碳纤维复合材料(CFRP)构件分层缺陷的检测,提出了时频定量分析方法.利用短时傅里叶变换(STFT)、魏格纳变换(WVD)和平滑伪魏格纳变换(SPWVD)3种时频分析方法对超声回波信号进行分析和对比,从信号时频表示中的各种特性,如时频聚集性、主体能量、交叉干扰项等,选出了对超声回波信号比较适合的时频分析方法—SPWVD,随后对其时频谱进行降维特征提取.结果表明,采用SPWVD时频分析方法有效降低了干扰对识别准确性的影响,对CFRP构件分层缺陷检测具有可行性.     

爆破振动信号3种经验模态分解差异性研究

为了准确评估冻结立井爆破对井壁产生的影响,采用井壁预埋法对大药量爆破下井壁的振动响应进行了监测。利用EMD、EEMD和CEEMD典型经验模态算法对井壁信号进行了分析,并结合时频谱对分解和重构效果进行了综合评价。分析结果表明:受测试环境影响,爆破信号中普遍含有噪声等干扰成分。EMD分解存在明显模态混叠和端点效应,EEMD分解虽对模态混叠现象有所改善,但去噪效果仍不理想,CEEMD分解对模态混叠和噪声消除方面均具有很好的处理效果。CEEMD重构信号时频谱能够深刻揭示爆破能量在时频域上的分布且对干扰成分不敏感,适合用于批量信号的预处理过程。分析结果对于爆破能量识别和振动损伤控制具有积极的现实意义。     

基于小波分解的爆破振动信号RSPWVD二次型时频分析

对爆破振动信号进行时频分析是为了更全面而准确地得到信号能量随时间、频率的分布状况。RSPWVD二次型时频分析虽然具有较高的积聚性,对产生的交叉项也有较好的抑制,但不可避免会损失部分信号,无法获得爆破振动信号的细节信息。利用RSPWVD二次型时频分析与小波分析相结合的分析方法对实测的爆破振动信号进行时频分析,结果表明：此种方法提高了爆破振动信号时频特征的精度,展现了爆破振动信号的时频细节信息,可获得更加直观、合理、时频分辨率更高的信号时频特征。     

旋转机械非平稳振动信号的时频分析比较

信号分析与处理是机械故障监测与诊断中故障提取的常用方法,传统的振动故障分析方法难以满足频率随时间变化的非平稳信号的要求,联合时频分析是非平稳信号比较有力的分析工具。以转子实验台的典型振动故障信号为研究对象,分析研究了几种时频分析方法如STFT、Wigner-Ville分布、小波变换和Hilbert-Huang变换。对比结果表明:STFT和Wigner-Ville分布的时频分辨率是矛盾的,易出交叉项或使信号变得微弱;小波分解会出现多余信号;Hilbert-Huang变换的时频分析能够直观检测信号中的微弱奇异成分,清楚给出时频分布情况,为旋转机械状态监测和故障诊断提供了新的手段。     

液态CO2爆破系统地震波时频分析

为了研究液态CO_2爆破系统地震波时频特性,现场微震监测试验获得液态CO_2爆破地震波信号,根据爆破地震波信号具有非平稳的特点,首先采用自适应最优核时频分析方法对地震波信号的基本时频特征进行研究,在此基础上通过结合小波包变换分解与重构技术和自适应最优核时频分析方法,对地震波信号的能量分布进行了精细化分析。结果表明:液态CO_2爆破地震波的衰减速度较快,震动速度处于很低的水平;主频范围在30~70 Hz之间,持续时间约为20~30 ms;能量主要分布在0~125 Hz,由两个两个主要区域组成,表明在液态CO_2爆破作用过程中高压流体产生两次不同峰值压力的爆炸冲击波。     

脉冲噪声环境中基于FLOWVD的机械设备故障时频监测方法

研究了一种在 稳定分布下应用的改进的Wigner-Ville分布(WVD)——分数低阶Wigner-Ville分布(FLOWVD)，并提出一种在脉冲噪声环境中基于FLOWVD的机械设备故障时频监测方法。仿真信号和实际信号的研究表明：FLOWVD是一种比WVD抗噪能力更强、更具有实际应用价值、应用更加广泛的时频分析工具。同时指出：机械设备运行现场的振动信号的统计分布特性有些服从分数低阶 稳定分布。     

核电站扩建工程爆破开挖振动信号的HHT分析?

通过对田湾核电站二期扩建工程爆破施工的振动监测,得到了大量的试验数据,经由Hilbert-Huang变换(HHT)方法处理,分析论证了此方法运用于爆破地震波处理的科学性和可行性。第一步,用经验模态分解信号,得到了振动信号的固有模态分量,考虑到噪声信号的干扰,又对信号进行了改进算法的滤波处理;之后,对各个分量进行Hilbert变换,得到了信号的时频能量谱;针对时频能量谱分析,得到了信号的时频特性;从得到的瞬时能量谱中得到了3段微差起爆的间隔时间,为检测雷管的质量提供了新方法;而边际谱分析提供了一个频域分析的新角度。     

锦屏二级水电站2~#引水隧洞爆破治理岩爆试验研究

岩爆是地下工程的一大地质灾害,目前还没有成熟的预报和治理方法。利用爆破手段释放高地应力来减少岩爆,一直是地下工程施工研究的重要课题。在锦屏二级水电站2#引水隧洞,进行了爆破释放应力试验,分别试验了掌子面倾斜辐射孔和围岩内倾斜辐射孔两种方案。试验结果证明了爆破是高应力释放的有效手段,通过合理的爆破设计与施工,可以达到控制或缓解岩爆的目的。