静电传感器在气固两相流参数测量中的应用

利用静电传感器测量固体颗粒的速度是气固两相流参数测量中一种极为重要的应用。静电传感器测速原理主要有互相关法、空间滤波法。文中着重介绍了基于静电传感器的空间滤波法测量固体颗粒速度。该方法试验装置结构简单,实验数据处理是在频域内找到信号的"特征"点,例如信号的峰值点、截止点等。理论和很多实验结果均证明了静电传感器空间滤波颗粒平均速度测量方法的有效性。     

高速列车表面压力测试信号的振动干扰分离研究

高速列车表面压力测试过程中,压阻式绝压传感器受列车振动冲击激扰,引起传感器输出干扰;同时,车体振动又会引起表面压力变化,导致有用信号与干扰信号难于准确分离。针对现有的经验模态分解(EMD)降噪过程中存在端点效应和模态混叠现象,提出了一种改进的集合经验模态分解(IEEMD),并利用仿真信号进行验证。模型车在单自由度方向振动激励下,运用IEEMD方法对车体表面压力信号进行经验模态分解,再计算各固有模态函数(IMFs)分量自相关函数与原始信号自相关函数的相关性系数,提取振动引起的压力。同时利用CFD计算模型车在同一激励下振动压力,从而分离出振动干扰,并建立振动与振动干扰的回归关系,为准确提取列车表面压力提供理论指导。     

通过模态滤波实现阵列式传感器系统的故障诊断

基于结构振动响应特性利用改进的模态滤波方法对阵列式传感器系统进行故障诊断。在梁结构表面均匀布置一组加速度计,利用模态振型对该系统的输出信号进行重构,将重构信号与实际信号之间的曲率误差作为敏感参数,对系统中的模拟故障传感器进行检测与识别,并加以实验验证。数值计算和实验结果表明:改进的模态滤波方法不仅可以直接有效地对传感器系统进行实时故障监测,而且该方法与外界激励力位置无关,具有良好的工程应用前景。     

基于振动信号的齿轮泵故障诊断

进行齿轮泵故障诊断时,首先采用基于马氏距离的传感器通道选择方法选择最佳振动信号,然后采用多项式最小二乘法去除信号趋势项,再基于五点三次平滑法对信号进行平滑预处理,最后分别提取基于峭度的时域特征、小波包能量特征和经验模态分解特征,运用最小二乘支持向量分类机进行状态识别。应用实例表明在运用经验模态分解提取各频带能量作为特征参数时状态识别方法具有更高的识别率,能更有效识别齿轮泵的状态。     

基于Hankel矩阵与奇异值分解（SVD）的滤波方法以及在飞机颤振试验数据预处理中的应用

将Hankle矩阵与SVD分解相结合对受噪声污染的飞机颤振试验数据进行滤波,以提高颤振模态参数识别的精度,首先对由测量数据构造的Hankle矩阵进行SVD分解,再根据对噪声统计特性的掌握程度,采用两种不同的方法,即基于噪声统计特性的方法和基于奇异值变化曲线突变点的方法,将由含噪的测量数据所构成的Hankel矩阵分成两个互不相关的空间--真实信号空间和噪声空间,最后在真实信号空间中,利用平均的方法重构经过滤波的数据.通过数值仿真和应用于实际的飞机颤振试验数据,对Hankel矩阵取不同维数时对空间划分和滤波效果的影响进行了分析和研究,并验证了该方法是有效和可行的.     

基于经验模式分解和排列熵的轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障声信号故障诊断中共振解调滤波参数较难确定以及故障诊断困难的问题,提出一种基于经验模式分解和排列熵的改进滚动轴承故障诊断解调方法.该方法首先对滚动轴承声信号进行经验模式分解,将其分解为多个本征模态分量;然后计算各本征模态分量的排列熵值和相关系数,根据联合系数最大化原则对筛选出的分量进行信号重构;最后,利用...     

齿轮焊缝超声检测信号降噪方法研究

汽车变速箱齿轮焊缝的超声检测过程中,超声回波信号存在信噪比较低导致误检率较高的问题.该文根据齿轮焊缝超声检测信号中噪声的特点,提出利用经验模态分解进行滤波的方法.针对经验模态分解过程中出现的虚假频率现象,提出镜像扩展的解决算法,把镜内信号映射成一个周期性的信号,抑制端点效应,避免虚假频率现象.仿真结果表明该方法可有效提...     

基于EMD的时间尺度去噪方法的研究

研究利用Hilbert-Huang变换中的经验模态分解(EMD)与希尔伯特变换(Hilbert)来进行信号瞬时参数的提取。构造了时间尺度滤波器,结合经验模态分解(EMD)获得有限数目的分段固有模态函数(IMF)的多特征尺度参数的特征进行非平稳信号的滤波,仿真实验验证了该法的可行性。     

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。     

一种带宽优化选取的ATF方法及其在齿轮故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

自适应时变滤波(adaptive time-varying filtering,ATF)方法是一种基于数据驱动的非平稳信号处理方法,可有效分离变转速下的齿轮故障信号;但在ATF方法中,滤波带宽的选取需依据经验人为选取,具有较大的主观性。因此,针对ATF方法中滤波带宽的自适应优化选取,以齿轮啮合阶次与其临近阶次的能量比作为指标,提出了一种基于带宽优化选取的ATF方法;该方法先采用线调频小波路径追踪算法估计齿轮故障信号中的瞬时频率,然后设置不同的滤波带宽值构建自适应时变滤波器,再对滤波后的信号进行阶次分析,并计算齿轮啮合阶次与其临近阶次的能量比,最后挑选出最佳能量比所对应的滤波带宽作为最优带宽值来对信号进行滤波分析,进而诊断齿轮故障。对变转速下的齿轮局部故障进行了仿真和实例分析,并将之与集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法对比,结果表明,该方法不仅可自适应选取滤波带宽,减少滤波误差,而且能有效提取齿轮故障特征信号,凸显齿轮故障特征。     

Capacitance Sensors for Void-Fraction Measurements and Flow-Pattern Identification in Air–Oil Two-Phase Flow

The design methodology of capacitance sensors for void-fraction measurement in adiabatic two-phase flow systems is presented in this paper. The effect of design parameters on the capacitance output has been theoretically and experimentally investigated for two types of sensor configurations: concave and ring types. Experiments were performed using air–oil two-phase flow to determine the signal-to-noise ratio, sensitivity, and time response of the capacitance sensors. The results show that the ring-type sensors are more sensitive to the void-fraction signal than the concave type for the same spatial resolution. The predictions from the theoretical model for the ring-type sensors are in better agreement with the experimental results than for the concave type. The mean value, time trace, power spectral density (PSD), and the probability density function (PDF) of the void-fraction signal from the capacitance sensors are used to objectively identify the flow pattern. The method was validated using high-speed video images of the flow and comparing the results to those from the signal analysis.     

利用抽样率变换提高渡越时间测量精度方法

为了克服低采样率对信号渡越时间测量精度的影响,提出一种互相关与抽样率变换相结合的渡越时间估计方法.首先对上下游传感器信号进行采样率变换,然后对它们进行傅立叶变换;并通过低通滤波器滤除多余的镜像,最后根据卷积定理求出上下游传感器信号的相关函数和渡越时间.仿真实验结果表明:文章方法得到的渡越时间估计值误差比较小,结果更可靠...     

Capacitance-based liquid holdup measurement of cryogenic two-phase flow in a nearly-horizontal tube

Liquid holdup measurement of cryogenic fluids is an area of considerable significance because of its inevitable occurrence in LNG transportation, rocket propellant delivery and superconducting equipment cooling, etc. To measure the liquid holdup of cryogenic two-phase flow, a capacitance sensor was carefully designed, which consists of a pair of optimized concave-electrode form with the electric circuit for the small capacitance detection. Four flow patterns were realized to evaluate the performance of the sensor in visualization experiments with liquid nitrogen and vaporous nitrogen. An image method was employed to calibrate the capacitance sensor, which led to a mathematical relationship between the capacitance and the liquid holdup. The results indicated that the obtained correlation between liquid holdup and capacitance satisfactorily coincided with the measured data.     

基于多元经验模态分解与卷积神经网络的气液两相流流型识别

提出了一种基于多元经验模态分解(MEMD)与卷积神经网络(CNN)的垂直管道气液两相流流型识别方法。该方法基于数字化电阻层析成像(ERT)系统采集的测量数据,预处理后进行MEMD分析,通过求取各分量与原始信号的皮尔逊相关系数选取本征模函数(IMFs)并求解Hilbert边际谱,提取Hilbert边际谱的标准差与均值作为卷积神经网络(CNN)输入以识别流型。结果表明,该方法能够有效识别泡状流、弹状流、段塞流,平均识别准确率可达96.43%。     

插入式静电传感器特性研究

插入式静电传感器在测量气-固两相流参数和保证其传送安全方面有较好的应用。通过建立电极数学模型,讨论了插入式静电传感器电极的插入深度、空间滤波特性和空间灵敏度特性,得到固体颗粒位置对电极上感应电荷的影响情况、感应电极灵敏度分布规律和插入深度L与电极测量信号幅值之间关系。对于连续流动的固相颗粒,当插入式电极插入深度L为管道直径的1/2时为最佳尺寸,此时电极具有低通滤波特性。在利用电极数学模型对电极空间滤波特性理论推导的过程中获得了固相颗粒速度与测量信号截止频率的表达式。实测结果证实了电极的空间滤波特性和空间灵敏度特性。     

A Digital Special-Purpose Signal Processor for Two-Phase Flow Real-Time Analysis

In the statistical study of two-phase flow real-time control of experiments is often needed. Furthermore, in industrial processes involving boiling units control or two-phase gas-liquid transport control, real-time signal processing is required to check the status of two-phase flows. An instrument is described for the measurement of the fundamental characteristic parameters of two-phase flows. The measurement technique employs extensively high speed digital computation. It is based on a discrimination of the probe output signal into two signals, representing, respectively, a "bubble" flow and a slug flow. The parameters are measured on averaging times ranging from 10 ms to 104 s. Measurement errors and limitations of this high-resolution measurement technique are pointed out. Its utility in evaluating the fundamental statistical parameters of two-phase flows is demonstrated.     

基于经验模态分解的载货汽车载荷动态检测策略研究

针对载货汽车载荷动态检测问题,仿真分析了汽车不同车速和载荷状态下悬架的动态特性。基于车辆载荷与悬架变量的关系,设计了一种高精度带过载保护的汽车载荷动态检测装置,采用经验模态分解法（Emprical Mode Decomposition,EMD）构建了汽车载荷动态检测装置数据处理算法。以解放赛龙Ⅱ载货汽车为试验车、MC9S12XEP100单片机为车载终端构建了车辆载荷动态检测试验平台,并对系统进行了静态标定和动态检测试验。试验结果表明：该装置在试验车车速为40和60km/h、装载量分别为空载、半载和满载状态下对车辆总重检测结果误差均小于5.0%;车速为90km/h、相同装载量状态下,检测结果误差分别为3.12%,7.616%和6.75%;由此可见,随着试验车速增大,该装置对车辆载荷动态检测精度波动范围增大,但是总体满足工程的实际需求,它为车辆载荷动态实时检测提供了一种新方法。     

气液两相低温流体空泡率测量技术及其进展

对目前几种用于测量低温气液两相流空泡率方法的基本原理、传感器结构及国内外研究情况进行了综述,包括辐射法(射线吸收法)、微波法、射频法、电容法,分析了4种方法的优缺点,在比较4种方法的基础上,提出了目前采用电容传感器测量气液两相低温液体空泡率的优势及设计准则.     

Laser Doppler field sensor for high resolution flow velocity imaging without camera

In this paper we present a laser sensor for highly spatially resolved flow imaging without using a camera. The sensor is an extension of the principle of laser Doppler anemometry (LDA). Instead of a parallel fringe system, diverging and converging fringes are employed. This method facilitates the determination of the tracer particle position within the measurement volume and leads to an increased spatial and velocity resolution compared to conventional LDA. Using a total number of four fringe systems the flow is resolved in two spatial dimensions and the orthogonal velocity component. Since no camera is used, the resolution of the sensor is not influenced by pixel size effects. A spatial resolution of 4 microm in the x direction and 16 microm in the y direction and a relative velocity resolution of 1x10(-3) have been demonstrated up to now. As a first application we present the velocity measurement of an injection nozzle flow. The sensor is also highly suitable for applications in nano- and microfluidics, e.g., for the measurement of flow rates.     

适于泥石流除噪的EMD联合小波阈值除噪方法

次声传感器采集到的泥石流次声信号中包含有大量的无关干扰信号,严重影响信号的分析与评估。针对含噪泥石流信号中无法准确确定噪声频段的特点,以及传统经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)联合小波阈值去噪方法无法智能分辨噪声所在频段的缺点,提出了信号经EMD分解后,基于相关性选择噪声频段的方法。首先利用EMD分解获取信号的固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量,然后计算各个IMF分量与原始信号的相关性,根据相关性大小确定IMF噪声频段,然后采用小波阈值去噪方法对噪声频段进行处理,最后对处理后的信号进行重构得到去噪泥石流信号。通过模拟实验分析,证明该方法具有智能选择噪声频段的能力,是一种更适于泥石流信号的去噪方法。