基于离散广义S变换与双向二维主成分分析的内燃机故障诊断

针对内燃机气阀机构的故障诊断问题,提出一种将离散广义S变换和双向二维主成分分析（TD-2DPCA）相结合的诊断方法。该方法首先利用离散广义S变换将内燃机缸盖振动信号生成振动谱图像,然后利用TD-2DPCA对图像进行特征提取,有效减小特征系数矩阵的维数,最后,通过最近邻分类器进行分类识别。将该方法应用于内燃机气阀机构8种工况的诊断实例中,对比不同时频表征及特征提取方法的计算效率和识别精度,结果表明该方法可为内燃机故障诊断提供一条新途径。     

基于广义S变换与双向2DPCA的轴承故障诊断

将轴承故障诊断问题转化为故障信号时频图像的识别问题,提出一种采用双向二维主成分分析(two-directional,two-dimensional,principal component analysis,简称TD-2DPCA)的时频图像矩阵特征提取方法。首先,利用广义S变换将轴承故障信号变换为时频域图像,采用一种双向压缩的二维PCA方法对图像信息进行特征提取;然后,进行了轴承故障试验,分别采集了轴承在正常、内圈故障及外圈故障状态下的振动信号,采用所述方法对轴承3种状态下的时频分布图像进行特征提取,并根据集成矩阵距离(assembled matrix distance,简称AMD)实现图像的分类识别。试验结果表明,结合广义S变换的双向2DPCA特征提取算法可有效提高计算效率,同时具有良好的诊断性能。     

改进时频分析和特征融合在内燃机故障诊断中的应用

针对基于内燃机振动信号的故障识别诊断问题,首先提出一种基于阈值筛选的变分模态分解(VMD)、玛基诺-希尔时频分布(MHD)的时频分析方法,该方法针对Cohen类时频分布存在的交叉干扰项问题,通过阈值筛选法确定VMD算法的分解层数,从而将内燃机振动信号分解成一系列单分量模态信号,然后对单分量信号进行MHD时频表征及线性叠加得到时频聚集性优良、物理意义明确的振动信号时频谱图。再通过局部非负矩阵分解(LNMF)对时频图像特征进行提取,将提取的特征与振动信号时域参数进行特征融合,得到融合特征向量。对支持向量机(SVM)采用改进粒子群优化算法进行参数优选,然后对特征向量进行训练和测试,实现了内燃机的故障识别诊断。将该方法应用于内燃机气门间隙故障8种工况下缸盖振动信号的识别诊断试验,结果表明,该方法能够对不同工况振动信号进行有效识别分类。通过参数优选,最高识别率达到了99.17%,同时对比传统的最近邻分类器的分类结果,证明了该方法的优越性。     

内燃机变分模态Rihaczek谱纹理特征识别诊断

针对内燃机故障诊断中振动响应信号强耦合、弱故障特征的问题,提出一种基于内燃机振动谱图纹理特征提取的故障诊断方法。首先,为了清晰地刻画内燃机振动信号时频联合分布中的非平稳时变分量,将变分模态分解(VMD)与Rihaczek复能量密度分布方法有效结合,得到了时频聚集性好、无交叉项干扰的内燃机振动谱图像;针对VMD分解过程中的参数选取问题,提出将功率谱熵作为目标函数,对VMD的分解参数进行网格寻优,提高了VMD分解的自适应性。为了实现对内燃机振动谱图像的自动识别及故障诊断,提出了改进的局部二值模式(ILBP)方法,用来对振动谱图中蕴含的纹理信息进行分析,提取低维特征参量并采用最近邻分类器对内燃机不同工况的振动谱图像进行模式识别。将该方法应用于内燃机故障诊断实例中,结果表明该方法能有效提取内燃机振动信号中的微弱故障特征,实现内燃机故障的自动诊断。     

柴油机振动谱图纹理增强的NMF特征提取方法

针对柴油机振动加速度信号特征提取困难的问题,提出一种对时频图像纹理信息进行增强的矩阵非负分解方法,用于提取柴油机振动信号的时频特征。首先,利用匹配追踪算法(MP)结合Wigner-Ville分布获取时频分辨率较好的时频表征;然后引入局部二值模式(LBP)算子对时频图像的灰度矩阵重新编码,再利用非负矩阵分解算法(NMF)获取时频图像对应的低维特征参量,以增强时频图像的纹理特征,提高NMF的特征提取效果。通过对柴油机4种不同状态的振动信号进行分析研究,可得出结论:该方法能有效地表达柴油机缸盖振动加速度信号的时频特征,可用于准确地诊断柴油机的气门故障。     

基于经验Ridgelet-2DPCA的断口图像识别方法研究

经验Ridgelet变换具有方向选择性和自适应分解能力,2DPCA可直接利用原始图像构建协方差矩阵。结合经验Ridgelet变换和2DPCA的各自优点,提出了一种基于经验Ridgelet-2DPCA金属断口图像识别方法。同时将提出的方法与Ridgelet-2DPCA、经验Ridgelet-PCA识别方法相比较,实验结果表明,提出的方法中的二维固有模态分量比Ridgelet系数具有更丰富的特征信息,2DPCA相比于PCA,图像结构信息更加完整,因而,提出的经验Ridgelet-2DPCA的金属断口识别方法取取得了比经验Ridgelet-PCA、Ridgelet-2DPCA更好的识别效果。     

基于S变换谱核密度估计的齿轮故障诊断

针对齿轮在故障损伤状态下的振动信号,提出一种基于S变换谱二维核密度估计的冲击特征提取方法,以实现齿轮的故障诊断。该方法首先对包含冲击特征的振动信号进行S变换;然后将S变换谱乘以一个系数后圆整,得到一个整数矩阵;最后以S变换谱的时间和频率构成一个二维随机变量,以整数矩阵中的元素值作为二维随机变量各个采样样本的个数,对二维随机变量进行核密度估计,并最终得到一个二维核密度函数。该核密度函数相当于由S变换谱经过一次平滑去噪的过程获得,其中的噪声得到了有效的抑制,而冲击特征则得到了加强与突显。仿真振动信号和齿轮箱故障振动信号的分析结果表明,该方法能够有效地强化并提取出振动信号中周期性的冲击特征,从而实现齿轮箱相关故障的诊断。     

柴油机振动信号快速稀疏分解与二维特征编码

针对柴油机故障诊断方法中的信号时频表征及特征提取问题,提出一种基于振动信号快速稀疏分解与二维时频特征编码识别的柴油机智能故障诊断方法。首先,为了获得时、频聚集性优良的时频图像,提出一种随分解残差信号自适应更新Gabor字典的改进匹配追踪(adaptive matching pursuit,简称AMP)算法,利用AMP算法将柴油机振动信号分解后叠加各原子分量的Wigner-Ville分布,获取原信号的稀疏分解时频图像;然后,为提取时频图像的特征参量,提出了双向二维非负矩阵分解(two-directional,2-dimensional non-negative matrix factorization,简称TD2DNMF)算法,用于对时频图像的幅值矩阵进行特征编码,获取蕴含在时频图像内部的低维特征,并利用最近邻分类器实现了时频图像的自动分类识别。将提出的方法应用于4种不同状态柴油机气门故障的诊断试验中,结果表明,该方法能够获得无交叉项干扰、聚集性好的时频图像,使各时频分量的物理意义更加明确,并改进了传统图像模式识别中的特征参数提取方法,是一种有效的柴油机故障诊断方法。     

基于S-CBiGRU的风电机组滚动轴承故障诊断方法

风电机组滚动轴承的振动信号存在非线性、非平稳的特性,且其特征不易被提取,针对这一问题,提出了一种基于S变换、卷积神经网络、双向门控循环单元的滚动轴承故障诊断方法(即基于S-CBiGRU的诊断方法)。首先,利用S变换对风场采集的振动信号进行了多分辨率时频分析,将一维振动信号转化为包含时间与空间特征信息的二维时频图像;然后,将经S变化所得到的时频图输入到CBiGRU网络模型中,采用CNN卷积池化层提取了振动信号的空间特征;其次,采用BiGRU结构提取了振动信号中的时间序列特征;最后,为了对上述诊断方法的有效性进行验证,采集了风电机组轴承实验数据,并将其输入到该模型中进行诊断实验。实验结果表明：在风电机组轴承故障诊断中,采用S-CBiGRU方法准确率达到93.17%,分类效果优于其他深度学习算法。研究结果表明：S-CBiGRU故障诊断方法具有可行性,可以为风电机组滚动轴承的故障诊断提供一种新途径。     

基于S变换和改进SVD的滚动轴承智能诊断方法

对于滚动轴承而言,工程实际中存在诊断样本与训练样本故障类型相同(如均为滚动体故障)但故障程度却不同的现象,同时滚动轴承发生故障时其振动信号表现出明显的非平稳性,因此文中提出一种基于S变换和改进奇异值分解的滚动轴承故障程度鲁棒的智能诊断方法。首先利用S变换得到滚动轴承振动信号时频分布矩阵,再利用改进奇异值分解方法对时频矩阵进行降维进而得到约简的特征向量,最后将提取到的故障特征向量作为支持向量机的输入,利用支持向量机识别轴承所属的故障类型。实验结果表明,该方法能有效地解决滚动轴承训练样本与测试样本故障程度不一致时的诊断问题,效果优于传统滚动轴承诊断方法。     

烷基酚聚氧乙烯醚的MALDI-TOF-MS研究

利用傅利叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR/MS)研究了气相中第一过渡系金属离子和丙烯腈(AN)的吸附和反应,讨论了过渡金属离子与丙烯腈吸附和反应的规律和机理。1 实验实验仪器：Bruker Daltonics, Inc. 生产的APEX II型FT-ICRMS;利用Nd:YAG激光器532 nm波长的激光(10mJ/pulse)直接烧蚀金属、金属氧化物或盐产生金属离子。选出所需的金属离子,再通过脉冲阀把丙烯腈反应气体引入回旋共振池中。反应过程中回旋共振池中压强在10-4-10-7 Pa之间,反应时间3-5 s.2 实验结果与讨论表1列出了第一过渡系金属离子的电子亲和势及金属离…     

Professor H. Hashimoto,Hon. F.R.M.S

Book reviewed in this article: Thin Foil Preparation for Electron Microscopy. By P. J. Goodhew. An Introduction to the Optical Microscope. By Savile Bradbury. Techniques in Immunocytochemistry, Volume 3. Edited by G. R. Bullock and P. Petrusz. X-Ray Microanalysis in Electron Microscopy for Biologists. By A. J. Morgan. Self-Assessment in Histological Techniques. By John D. Bancroft and Brian T. Chalk. X-ray Microanalysis in Electron Microscopy for Biologists. By A. J. Morgan.