基于幂函数型双稳随机共振的故障信号检测方法

在实际的故障诊断中,有用信号经常淹没在噪声中,特征信息提取非常困难。为了提取强噪声背景中的微弱信号,将幂函数型单势阱模型与Gaussian Potential模型相结合提出一种新型的双稳随机共振系统,称为幂函数型双稳随机共振系统。首先,以平均信噪比增益为衡量指标,提出一种寻找最优系统参数组合的算法,使微弱信号、噪声及系统产生最佳的共振效果;然后,基于幂函数型双稳随机共振系统对Levy噪声背景下的仿真信号进行检测;最后提出一种基于小波变换和幂函数型双稳随机共振的微弱信号检测方法并应用于轴承故障信号检测中。仿真实验表明,幂函数型双稳随机共振模型在故障信号检测中是有效和可靠的。     

基于多稳随机共振的机电设备故障诊断研究

针对机械轴承早期故障诊断提出了多稳随机共振检测方法。分析了系统参数对多稳系统结构的影响,研究了高斯噪声背景下基于多稳随机共振的微弱信号检测方法。采用平均输出信噪比作为衡量指标,以多频微弱信号为待测信号进行数值仿真,并将其应用于滚动轴承故障信号检测中,实验结果均表明,该方法对早期故障振动信号具备准确的诊断能力,为其应用于工程实践奠定了基础。     

级联分段线性随机共振的微弱信号检测

针对强背景噪声下微弱信号检测困难的问题,提出了一种级联分段线性随机共振的微弱信号增强检测方法。该方法采用分段线性随机共振模型,避免了经典双稳系统对强噪声下弱信号提取时存在的饱和现象,同时,选用的分段线性系统的级联方式可使高频噪声被有效滤掉,低频信号能量不断增强。仿真信号和滚动轴承故障信号的检测结果表明,该方法可以适应更低信噪比信号的检测,参数调节方便,检测结果优于级联双稳系统,具有良好的工程应用前景。     

分段线性非对称系统在故障检测中的研究

随机共振具有能够提取轴承故障特征频率和将噪声能量转为信号能量的优点。针对对称分段线性模型性能不够理想的问题,提出了一种非对称分段线性随机共振系统模型,并采用遗传算法对模型参数进行优化选取。在假定模型具有两个稳态的情况下,对该模型进行了解析关系分析与输出信噪比(SNR)的公式推导。同时在模型的公式分析与数值仿真两方面与对称双稳态分段线性随机共振系统进行对比分析,证明该系统的优越性。而后将该模型应用于轴承故障检测当中,采用自适应遗传算法对系统各参数进行协同寻优,对称系统内外圈故障信号检测中故障频率处的幅度值分别为50.79与13.03,非对称系统为391.8与189.3。结果显示该模型具有优良的检测效果,证明该模型在故障检测当中具有巨大潜力。     

刀具磨损早期故障智能诊断研究

针对刀具的早期故障监测中因存在强烈的背景噪声而难以提取故障特征的问题,提出了基于二次采样随机共振消噪和B样条神经网络智能识别的故障诊断方法。首先利用在随机共振过程中,噪声增强振动信号的信噪比特性,将刀具振动信号进行随机共振输出,提取有效特征,再输入到B样条神经网络进行智能识别,进而获得刀具的磨损值。同时,为了得到与输入信号最佳匹配的随机共振参数,提出了基于遗传算法的多参数同步优化的自适应随机共振算法,克服了传统随机共振系统只实现单参数优化的缺点。实验结果表明,该方法能实现弱信号检测,能有效地应用于刀具磨损故障诊断中。     

基于tsPSO算法的阵列自适应随机共振方法研究

针对传统随机共振方法存在的单级自适应随机共振方法输出响应信噪比低、参数自适应时间长且阵列随机共振方法参数设置困难等不足,提出了一种基于带极值扰动的简化粒子群(Extremum Disturbed and Simple Particle Swarm Optimization,tsPSO)算法的阵列自适应随机共振方法,实现了强噪声背景下大参数微弱信号的有效、快速检测。首先,采用并联随机共振系统,通过对各子系统的输出响应进行自相关分析并合成提高最终输出响应的信噪比;其次,在每个并联子系统中,通过随机共振系统级联的方式进一步提高输出响应的信噪比;最后,以信噪比为适应度函数,对每个子系统的参数进行自适应选择,并通过变换尺度分段搜索和采用ts PSO算法缩短参数自适应的时间。仿真实验和工程应用结果验证了该方法的有效性。     

基于外差式随机共振的涡街频率检测方法

涡街频率检测是涡街流量计的关键技术问题,也是当前的研究热点.分析非线性双稳系统在噪声和单一频率信号、多频率信号作用下的随机共振特性,将外差式频谱分析与随机共振原理相结合,提出基于外差式随机共振的涡街频率检测方法.理论分析、数值仿真和试验结果表明,含噪的涡街信号通过随机共振能有效地提高涡街信号信噪比,准确获取涡街频率.该方法在涡街频率检测中的应用是可行和有效的,为提高涡街流量计现场适应性及小流量弱涡街信号频率检测提供了一种新的方法.     

基于双共振的微弱信号检测方法与试验研究

将两个单一双稳系统经非线性耦合而成耦合双稳系统,其中一双稳系统为被控系统,受到弱输入周期信号作用;另一双稳系统为控制系统,受到控制信号的作用。分析控制信号作用下的耦合双稳系统的双共振特性,当控制信号频率两倍于弱输入周期信号频率时,耦合双稳系统中发生控制系统中的共振与被控系统的随机共振。提出基于双共振的随机共振增强方法,并设计耦合双稳系统双共振硬件电路,电路系统试验结果证实了耦合双稳系统中存在着双共振,且能有效增强被控系统中的随机共振。将该双共振电路系统应用于实际轴承故障信号检测中,系统输出功率谱在特征频率处的谱值大幅增强,可准确检测出强噪声背景中的微弱轴承故障信号,为基于随机共振原理的信号检测电路设计提供一种新方案,具有良好的应用前景。     

基于级联双稳系统的信息检测

研究了两个双稳系统级联的随机共振(SR)特性,结果表明,级联双稳系统相当于一个低通滤波器,它可使得系统最终输出的波形变得更加光滑清晰,提高随机共振效果,有利于信息的提取.以弱非周期信号的识别为例,利用二次采样随机共振技术,进一步证明了级联双稳系统在信息检测方面的有效性,为信息获取与处理提供了一定的研究基础.     

基于随机共振原理的中低频信号检测方法与电路设计

大量研究表明,对于满足绝热近似理论的所谓小参数信号,利用随机共振特性可以实现被测信号中噪声能量向周期性有用信号能量的跃迁,从而增强信号输出的信噪比.针对在机械故障中常见的难以实现随机共振的中低频周期信号,利用信号调制特性,将其变换为可满足绝热近似理论的小参数信号,从而实现了基于随机共振原理的微弱信号检测.在此基础上,设计出了混频随机共振电路系统,利用混频器将待测信号与扫描信号发生器产生的信号作选频处理,然后输入非线性双稳态系统实现基于随机共振的检测.模拟实验结果表明,该电路系统能够实现随机共振并从噪声背景中检测出微弱的中低频周期信号.     

基于信噪比的MEMS压力传感器设计与分析

为了研制高精度MEMS压阻式压力传感器,基于信噪比对其压敏结构进行了设计与分析.首先运用ANSYS有限元模拟仿真获得了不同压敏电阻结构芯片的应力分布,并对其噪声和信噪比进行了理论分析,发现在低频区闪烁噪声是传感器噪声的主要来源.仿真结果表明,芯片结构对其噪声、输出信号和信噪比均存在影响,增加压敏电阻折叠条数通常有助于获...     

时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型。分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响。搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件。通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证。结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用。相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小。辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同。具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍。系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小。     

一种减小微机械加速度计振动偏移的方案

为降低敏感元件对称性较差的微机械加速度计的振动偏移,对加速度计振动偏移产生的原因和抑制方案进行研究.首先,分析了系统学模型,并得出对于不对称的敏感元件采用对称的电容检测电路时,检测电路输出和敏感元件动极板位移关系函数中存在明显偶次项系数,进而造成振动零偏;其次,讨论了力矩器的非线性,通过理论分析得出,外加静电力等效对称方案无法抑制力矩器环节的振动偏移,提出了敏感元件等效对称补偿方案以及静电力发生器等效对称化方案,通过理论分析得出该方案大大降低了敏感元件不对称带来的振动偏移;最后,对静电力对称方案和等效对称补偿方案进行了对比试验.试验结果表明,对于对称性较差的敏感元件,等效对称补偿方案在保证线性度的同时,大大减小了振动时输出均值的偏移.     

工业线阵CCD相机系统测试与噪声评估

为了快速评价工业线阵CCD相机质量,本文选择信噪比为评价因子,建立了测试系统,研究了基于相机输出图像测试相机噪声的方法。分析了线阵CCD相机的噪声,建立了一个基于固定模式和随机噪声的信噪比计算模型,并分析了相关双采样(CDS)过程对电源噪声的影响。设计了一套适于工业场所的相机快速信噪比测试系统,结合理论分析数据和实际测试图像数据,提出了仅通过输出的8bit图片计算各噪声参数的方案。最后,对测试系统引入的光源不均匀性噪声进行了讨论,并证明该实验平台光源符合工业标准EVM1288要求。实验结果表明:当相机模数(AD)转化设置为8.7dB时,输出信噪比可达44dB;若排除光源干扰,输出信噪比可达46dB。该方案简便快捷,满足工业现场对相机信噪比评估的要求。     

旋转惯性压电电机最优驱动方案分析

提出了一种新型旋转惯性压电电机,推导了旋转惯性压电电机在非对称信号激励下的惯性冲击力矩方程以及电机平均输出力矩方程;分析了系统参数对激励信号突变时刻惯性冲击力之差的影响规律;给出了旋转惯性压电电机可输出速度与转矩的最优驱动频率区间。最后通过实验系统验证了理论计算与分析的正确性。     

An adaptive stochastic resonance method based on grey wolf optimizer algorithm and its application to machinery fault diagnosis

Stochastic resonance (SR) is widely used as an enhanced signal detection method in machinery fault diagnosis. However, the system parameters have significant effects on the output results, which makes it difficult for SR method to achieve satisfactory analysis results. To solve this problem and improve the performance of SR method, this paper proposes an adaptive SR method based on grey wolf optimizer (GWO) algorithm for machinery fault diagnosis. Firstly, the SR system parameters are optimized by the GWO algorithm using a redefined signal-to-noise ratio (SNR) as optimization objective function. Then, the optimal SR output matching the input signal can be adaptively obtained using the optimized parameters. The proposed method is validated on a simulated signal detection and a rolling element bearing test bench, and then applied to the gear fault diagnosis of electric locomotive. Compared with the conventional fixed-parameter SR method, the adaptive SR method based on genetic algorithm (GA-SR) as well as the well-known fast kurtogram method, the proposed method can achieve a greater accuracy. The results indicated that the proposed method has great practical values in engineering.     

被驱动机构对电动机轴扭振固有频率的影响

以三相交流电机——弹性连杆机构系统为研究对象,基于功能原理将连杆机构向电机输出端作等效转换,研究了连杆机构时电动机轴扭振固有频率的影响,分析了电动机轴扭振固有频率与连杆机构结构参数以及旋转位置参数之间的内在关系,实验研究表明,理论分析结论与实验结果相符。     

分布式机电系统边缘节点信号预处理方法及应用设计

为提高分布式机电系统边缘节点对本地数据过滤和分析的效率及准确性,提出了一种基于最优变分模式分解(Optimal variational mode decomposition,OVMD)的信号预处理方法.首先,利用一阶差分方法有效消除了原始信号中的奇异点,随之利用最优变分模态分解方法对信号进行模态分解,然后进行相关分析,确定各模式与原始信号的相关程度,从而从噪声信号中准确分离出真实的工作信号.在理论与仿真分析基础上,设计开发了分布式机电系统边缘节点预处理系统,并采用信噪比及均方根误差指标评价信号预处理效果.实验结果表明,该机电信号预处理方法及设计的边缘节点预处理系统能够提取不同特征的信号,提高重构信号信噪比,具有较高的保真性和可靠性,为后续系统健康监测、故障诊断等工作提供了数据保障.     

LDA耦合系统透镜导管的理论与实验研究

用光线追迹的方法,理论推导了透镜导管各参数优化的一般公式,给出了优化参数;在此基础上,模拟了导管内光线的传输,统计了透镜导管出射光束的强度分布,讨论了各参数对耦合效果的影响。依据理论优化的结果,设计加工了透镜导管并进行了耦合实验,测量了输出光束的强度分布,给出了光斑图像。实验测得耦合效率高于91%,输出光束强度分布平滑均匀,光斑质量良好,与理论模拟吻合并优于以往的研究结果。     

基于等效成像模型的立体测绘相机成像信噪比分析

为了评价立体测绘相机的成像质量和辐射性能,对相机成像信噪比特性进行了研究.通过对成像电路信号转换过程及各种噪声影响进行分析,建立了相机成像电路等效成像模型;根据立体测绘相机成像电路的工作状态对成像电路的输出信号、增益及各种噪声进行分析;利用相机的工程参数对立体测绘相机成像信噪比进行了分析计算;并对立体测绘相机进行实验室辐射定标测试.计算结果表明相机在4.33 W·m-2·sr-1、12.47 W·m-2·sr-1和40.41 W·m-2·sr-1这3种辐亮度条件下相机成像信噪比分别达到68倍、134倍和245倍.计算结果与实验结果最大相差4.4％,小于实验室绝对辐射定标精度7％.分析结果表明成像电路等效输出模型和成像信噪比计算方法是完全正确的,可以应用于立体测绘相机成像质量评价.