基于小波变换的爆破振动时频特征分析

应用小波变换方法对短时非平稳爆破振动过程提出了时频特征分析。根据离散小波变换的分层分解展开关系，将爆破振动时间历史信号用分层重构信号进行扫描。应用这些信号可以给出不同频率带上爆破振动的相对能量分布和振动强度的时间变化规律。一个爆破振动实测结果的分析表明，与建立在传统Fourier变换基础上的频谱分析方法相比，基于小波变换的爆破振动时频特征分析可以给出更为准确的细节信息。文中的研究结果为爆破振动结构安全性分析提供了新的途径。     

交通荷载下路面振动响应信号的时频特征分析

本文在简单分析了Fourier变换、短时Fourier变换和小波变换的基础上,以实测的交通荷载路面振动信号为模拟信号,采用小波包对模拟信号进行时频特征分析,并结合Fourier变换,给出了小波包各分解重构信号随时间的衰减规律及其在各子频带的频谱图,因此,结合Fourier变换对信号进行小波包分析是一种有效的信号处理途径.研究结果对今后交通荷载作用下路面路基动力响应计算模型的初始边界条件的确定提供依据,为路面路基动力响应的计算奠定基础.     

基于VMD-Hilbert变换的铁路路基填料振动压实动力响应研究

以京雄城际铁路路基填筑所采用的粗粒土填料为例,开展表面振动压实试验,研究不同振动频率和激振力组合下填料的干密度阈值。随后,采用变分模态分解(VMD)–希尔伯特(Hilbert)变换研究压实过程中振动设备与填料间的非线性动力响应,并基于能量守恒定律分析压实过程的能量变换,利用加速度信号的Hilbert边际谱能量评价填料的压实程度。研究结果表明：填料的干密度在表面振动压实试验中呈现出为“迅速增长,缓慢增长,保持稳定”的变化趋势,且在不同压实工艺参数下,填料所能达到的干密度阈值不同。利用变分模态分解(VMD)算法对加速度信号进行分解,可以精确地识别和分离出基波与各次谐波分量,且不存在模态混叠。分析Hilbert变换得到的加速度信号Hilbert谱和Hilbert边际谱得到压实过程中加速度信号能量在时频域上传播规律,表现为低频基波分量向高频谐波分量的转移。此外,激振头加速度信号的Hilbert边际谱能量与填料的干密度之间存在高度相关的对数关系,采用VMD分解后的振动信号Hilbert边际谱能量评价填料的压实程度是可行的。     

基于小波变换的结构损伤识别与试验分析

钢筋混凝土结构在中等以上地震作用下将产生损伤,结构动力特性随之变化。通过对结构微幅振动信号的Fourier分析,可以判断结构是否产生损伤,但是不能确定损伤位置。本文将结构振动信号置于不同频段进行时-频分析,利用小波变换的多分辨率特点对结构损伤进行在线检测,确定损伤位置。通过钢筋混凝土框架的振动台试验,将模型地震反应信号按不同频段分解,提取各频段的损伤信号特征。对于试件模型而言,如果某处出现开裂,即产生损伤,表现在响应信号上为一瞬态分量,通过信号小波变换的尺度函数可以判断结构某层是否损伤。该方法克服了Fourier变换不能反映结构振动信号局部特性的缺点,试验表明本文所采用的方法是可行的。     

小波变换在滚动轴承故障信号分析中的应用

通过使用快速傅立叶变换对滚动轴承正常运转时和滚动轴承内圈滚道有裂纹缺陷时的信号进行处理,发现快速傅立叶变换的频谱结果对滚动轴承的故障特征提取不理想,故采用小波变换对故障信号进行分解,随后对分级的细节信号和近似信号进行Hilbert包络频谱处理。结果发现,轴承故障信号在bior2.4小波分解后得到的a3近似信号的Hilbert包络谱中故障特征较明显,而其余的细节信号和近似信号则几乎难以识别相应的故障频率特征。     

利用小波分析方法识别结构模态参数

在高层建筑抗震、抗风、健康监测及损伤诊断等研究中，结构模态参数是非常重要的参数之一。介绍了环境激励下基于小波分析的模态参数识别方法，并对实际结构振动响应信号进行小波分析。有效地识别了结构的固有模态参数，并同传统傅里叶变换、短时傅里叶变换的结构相比较，证实了小波分析方法在处理随机信号方面的优越性。另外，使用小波分析方法对测试信号进行降噪处理。分析结果表明，小波方法降噪能有效抑制噪音，还原真实信号。     

小波变换在结构损伤检测中的应用

小波变换具有良好的时频局部化性质,特别适合于分析和处理突变信号。在获得结构的动力学响应的基础上,应用小波变换对结构响应信号进行小波分解。根据各种响应信号对损伤的灵敏度,选择损伤特征,通过捕捉结构出现损伤的时刻,实现对结构时间监控。     

基于小波包能量变异最值指数的RC框架损伤识别

小波包变换可以将振动信号按任意时频分辨率分解到不同频带,而各频带信号的能量变化包含着丰富的损伤信息。结合八层框架模型模拟地震振动台试验结果,对不同工况下的结构加速度时程响应进行小波包分解和重构,得到小波包能量谱。对不同频带下的小波包能量谱进行统计分析,利用小波包能量变异极值指数对框架结构的损伤进行评定。结果表明:损伤程度不同,小波包能量变异极值指数明显不同。因此可将小波包能量变异最值指数作为损伤程度的指标进行损伤识别。     

基于映射的图像多角度复小波变换

图像处理在众多领域中都有广泛应用。离散小波变换（DWT）是信号和图像处理领域里一个十分有用的工具，但它只能从出垂直、水平和对角三个方向进行图像分解，得到的相位信息有限。基于映射的复小波变换具有良好的方向性和平移敏感性，易于得到清晰的相位信息。将映射理论与复小波变换技术结合进行实验分析。结果证明，基于映射的复小波变换可以很好的实现图像的多角度分解和完全重构，且设计简单，具有广泛的应用前景。     

基于小波包分析的建(构)筑物爆破振动安全判据研究

基于现场实测爆破振动数据,采用小波包分析技术对爆破振动信号进行了时频特征分析。根据小波包变换的分层分解关系,推导出爆破振动信号不同频带的小波包频带能量,小波包频带能量能同时反映爆破振动三要素(振动的强度、频率和持续时间)的作用影响。从结构动力响应角度,探讨了受控建(构)筑物本身的固有特性对爆破振动动态响应的影响,获得了受控建(构)筑物在爆破振动作用下的频带响应系数。首次建立了能考虑爆破振动的强度、频率和持续时间以及受控建(构)筑物本身的动态响应特性(固有频率和阻尼比)等因素综合的安全判据--响应能量判据,并用工程实例验证了该判据的可行性和可靠性。     

基于小波变换的微差爆破震动信号分离法

采用震波叠加模拟法确定合理的微差延期时间,关键在于能否获取组成实测微差爆破震波的分段震波。基于小波变换的微差爆破震动信号分离法能较好地解决上述问题。首先,利用基于小波分析的时-能密度法,通过从实测爆破震动信号中识别出各段雷管实际的起爆时刻点,得到了爆破中所用雷管的实际延期时间。其次,利用信号时一频转换技术。从实测微差爆破震动信号中分离出各分段震波。最后,通过比较各分段震波在不同延期时间下的叠加效果,可以得到微差爆破的较优微差延期时间。以某地下工程爆破震动信号进行分析为例,对本方法的有效性作了检验。     

整体钢框架结构中连续板热振动特性试验

采用自制火灾试验炉对整体钢框架中4个钢筋混凝土连续板格和2个组合钢梁的热振动特性进行了试验研究。采集了构件受火时的加速度信号并尝试利用希尔伯特变换提取主频率,并对加速度信号进行时域分析和频域分析。时域分析结果表明:加速度信号强度与边界约束和裂缝开展密切相关,约束越强,振动信号越弱;主裂缝开展导致板格加速度信号发生突变,而组合钢梁的信号突变则受到应力重分布和主裂缝开展的影响;升温阶段加速度曲线可分为3个阶段,前期和后期振动幅值很小,中期振动幅值较大且伴随较多的信号突变。频域分析结果表明:受火时主频率变化显著并呈现下降的趋势,但频率改变只能反映裂缝开展程度,不能确定裂缝位置,且频率变化近似与挠度的变化过程相对应;通过振动特征分析可以有效监测楼板的变形、裂缝开展等受火行为。     

爆破震动信号的时频分析

针对具体的爆破震动信号,基于短时Fourier变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、离散小波变换(DWT)和Hilbert-Huang变换(HHT)进行时频分析比较研究。结果表明:STFT使用的窗函数固定,分辨率单一,其分析结果只能大致反映信号能量随时间的变化;小波变换(WT)以小波基为变换基础,具有多分辨率特点,其分析结果较详细地反映了质点震动强度随时间的衰减起伏变化,但小波谱的能量在频率范围内分布较宽;HHT自适应性强、高效,Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布,并且大部分能量都集中在有限的能量谱线上。分析认为HHT是一种全新而更优越的分析与处理爆破震动信号的时频方法。     

Decentralized damage identification using wavelet signal analysis embedded on wireless smart sensors

In this paper, a decentralized damage identification method using wavelet signal analysis tools embedded on wireless smart sensors (Imote2) has been proposed and experimentally validated. The damage identification analysis is decentralized by calculating discrete wavelet coefficients for acceleration in Imote2 sensors and transmitting the wavelet coefficients to a base station for damage identification through wavelet entropy indices. The wavelet entropy is modified to serve as a damage-sensitive signature that can be obtained both at different spatial locations and time stations to indicate existence of damage. It is known that wavelet-based approaches have clear advantages over Fourier transform-based ones for damage identification, since the wavelet transform allows for a wider choice of basis functions. This flexibility allows the wavelet transform to isolate changes in a signal that may be difficult to detect using other transform methods. To assess the reliability of the measurement signals, the wireless sensors have been compared with reference wired sensors. The proposed decentralized method for damage identification is verified via experimental tests using two laboratory structures: a three-story shear building structure and a three-dimensional truss bridge structure.     

多段微差爆破振动信号频带能量分布特征的小波包分析

爆破振动分析是研究爆破振动危害控制的基础,也是控制爆破振动危害的前提。根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,利用小波包分析技术对满足分析要求的多段微差爆破振动信号的能量分布特征进行研究。首先,简略地介绍了小波变换与小波包分析的特点;其次,对6条多段微差爆破振动信号进行小波包分析,得到了爆破振动信号在不同频带上的能量分布图;最后,总结了多段微差爆破振动信号频带能量的分布特征。该分析手段为综合研究爆破地震效应特别是为将来构建振动速度–频率相关安全准则提供了一种有效的分析技术。     

基于小波变换的时-能密度法优选微差延期时间

在微差爆破工程中,能否顺利实施微差爆破的关键在于确定合理的微差延期时间。首先,利用基于小波分析的时-能密度法,通过从实测爆破震动信号中识别出各段雷管实际的起爆时刻点,得到了爆破中所用雷管的实际延期时间。其次,利用信号时-频转换技术,从实测微差爆破震动信号中分离出各分段震波。最后,通过比较各分段震波在不同延期时间下的叠加效果,可以得到微差爆破的较优延期时间。以某地下工程爆破震动信号进行分析为例,对本方法的有效性作了检验。该方法具有较高的理论和应用价值,为系统开展爆破震动危害控制和预测研究奠定了理论和技术基础。     

爆心距对爆破振动信号频带能量分布的影响

根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,利用小波包分析技术对满足分析要求的多段微差爆破振动信号的能量分布特征进行研究。首先,简略地介绍了小波变换与小波包分析的特点。其次,基于MATLAB对爆破振动信号进行小波包分析,得到了爆破振动信号在不同频带上的能量分布图。最后,总结了爆破振动信号频带能量的分布规律,重点探讨了爆心距对爆破振动信号频带能量分布的影响。结果表明,爆破震动信号在传播过程中,其主振频带有往低频发展的趋势,且宽度增加。