基于EMD的轻轨锚固螺杆故障诊断方法研究

为了实现对重庆市轻轨轨道梁关键受力构件锚固螺杆松动与失效等故障的检测,对锚固螺杆采用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)方法进行研究,建立在役锚固螺杆健康状况检测系统.首先,求解出从试验台采集到的各锚固螺杆不同已知紧固力矩下振动信号的脉冲响应信号,然后对其进行EMD分解,并将包含其主要信息量的第一、二本征模态的主频率、主峰幅度值、模态能量、模态几何平均值等特征进行提取,形成特征包,作为模式识别的判据.最后应用于现场锚固螺杆的诊断,给出诊断报告.大量数据表明,该方法对锚固螺杆故障识别的错分率可以控制在10%以下,因此可以作为锚固螺杆是否处于正常服役状态的依据.     

轻轨锚固螺杆单位脉冲响应信号的稀疏径向基函数网络提取

轻轨锚固螺杆是轻轨交通中连接轨道梁和墩台的关键受力部件,脉冲响应函数的提取是其健康监测的关键和核心技术。引入稀疏优化算法取代经典径向基网络的最小二乘法,构建网络的输入输出方案,引入二维DCT基对学习权值矩阵进行稀疏表示并通过正交匹配追踪算法来获得尽可能稀疏的网络训练权值。将单位脉冲激励信号输入该网络即可获得系统的单位脉冲响应函数。实验结果表明,所构建的稀疏径向基网络能准确提取单位脉冲响应函数,对工程应用具有参考价值。     

基于超声波的窄缝深度检测系统

提出了利用超声波扩散性进行矩形窄缝深度测量的原理,并在此基础上设计了以MSP430为控制核心的窄缝深度测量系统.该系统利用超声波的发射和接收完成矩形窄缝上下表面回波的识别,实现了矩形窄缝深度的测量.实验结果表明:利用超声波声束的扩散性可以实现矩形窄缝深度的测量,设计的窄缝深度测试系统成本低廉,窄缝深度在1m内变化的测量精度可达到cm数量级,为特定环境条件下矩形窄缝深度测量提供了一种新的解决方案.     

大量程超声波回波测距系统的研究

描述了超声波脉冲回波测距系统的基本组成;重点对大量程超声波发射电路进行了比较,提出了三种工业用大量程超声波测距系统的激励电路原理,并分析了电感瞬间放电法原理在大量程测距系统中的应用;设计了低噪声程控放大脉冲接收电路,实现大量程条件下信号的稳定接收;提出了在发射和接收电路之间设置"硬开关"和"软开关"的设计概念,彻底切断发射电路和其他回波信号对接收电路的干扰,提高回波信号的信噪比,实现大量程范围内距离的准确测量.最后,对智能回声接收软件的波形分析法进行了简单的介绍,并给出了一些智能化处理的实例.     

基于滑动窗邻域保留投影的工作模态分析

为了识别线性慢时变结构的工作模态参数,提出一种基于滑动窗邻域保留投影(MWNPE)的工作模态参数识别方法。该方法基于“时间冻结”理论,利用固定长度的窗口,将每个窗口内的非平稳信号看作平稳的随机序列,从而将线性时变结构离散成有限个线性时不变结构。在每个窗口内,利用邻域保留投影算法寻找窗口内位移响应数据的低维嵌入,低维嵌入与模态坐标响应矩阵相对应;再利用单自由度识别技术从模态响应矩阵中识别出窗口的模态固有频率;最后,利用最小二乘广义逆估计出变换矩阵,变换矩阵与模态振型矩阵相对应。通过质量慢时变三自由度(DOF)的仿真结构验证表明,所提方法能有效识别出线性慢时变结构的工作模态参数,且识别精度优于滑动窗主成分分析方法和滑动窗等变自适应源分离(EASI)方法。     

基于改进型滑动窗主元分析的盾构液压系统故障诊断研究

将主元分析的分层理论应用于盾构机液压系统的故障诊断,首先阐述了盾构液压系统的PCA分块思想,将盾构液压系统整体分成多个子系统,然后对每一个子系统采用改进型滑动窗算法进行分析,最后以盾构拼装机液压系统为仿真对象进行了仿真分析,仿真结果证明了该算法的有效性。     

基于互相关法的超声波高精度回波定位方法研究

为了解决传统的互相关算法没有自适应特性且运算量较大的问题,以提高超声波测距的精度,分析了不同距离下的超声波回波信号的强度和持续时间,并结合了换能器的振动特性和声波的衰减特性,提出了一种精确定位超声波回波位置的算法。首先,采用改进的互相关算法,确定了回波起始位置的范围,再进一步比较了回波信号各个周期的方差特性,最终得到了回波信号前沿的起始位置;通过模拟仿真验证了该定位算法在低信噪比环境下的适应性,通过实际的测量实验验证了该算法的测量精度。研究结果表明:在3 000 mm实测范围内,采用了该算法的超声波测距系统,其绝对误差1.3 mm,标准偏差≤0.097 mm,可满足大部分工业测量需求。     

基于Harris角点的矩形检测

为了快速精确地对矩形进行识别和检测,开发了一套图像采集系统,并提出了基于改进的Harris角点检测法的快速矩形识别算法。首先,只针对多种角点中的L型角点进行快速检测,并通过亚像素级后处理提高角点的位置精度。然后,根据得到的高精度角点位置信息,任意组合角点并遴选相互平行且长度相等的直线段组,从而匹配出相互垂直且四个角点重合的平行直线段;将其作为矩形的四条边,进而循环识别出图像中所有的矩形元素。提出了伪矩形图形元素的甄别判据,以提高算法的精确度和可靠性。实验结果表明:分别用基于Harris角点和基于Hough变换的矩形检测算法处理同一图片时,前者的运算速度为后者的9.5倍;其图像识别精度能达到亚像素级,最大误差为0.4pixel。该算法满足工业应用中高实时性、高精度的要求,并且稳定性好,抗干扰能力强。     

基于能量变化率的气体超声波流量计信号处理方法

针对气体超声流量计信号处理中不易找到稳定的测量特征点的问题,提出了一种基于能量变化率的过零检测信号处理方法,以及最优阈值参数的选取方法。基于能量变化率的过零检测信号处理方法首先求取能量变化率曲线上的关键阈值点,然后回溯到原始波形信号上,找到对应的过零点,并以此作为信号的稳定特征点,进而求得信号的传播时间及气体流量。在以FPGA和DSP为核心的气体超声流量计信号处理系统上实时实现了算法,并进行标定实验,实验结果验证了方法的有效性。     

基于单片机的超声波液位检测系统设计

为解决腐蚀性液体的液位测量中电极特别容易被电解腐蚀的问题,将超声波技术应用到工业生产液位或物料的检测中。以AT89S52单片机为核心,建立超声波测得距离和声速与传输时间之间的关系,提出通过硬件电路设计和软件编程实现对液位高度的检测的方法,进行了超声波测距在20 cm和80 cm两种距离的试验。由于超声波受温度的影响较大,采用温度传感器对温度进行测量,根据公式进行温度补偿,并设计了报警模块,当温度过高时进行报警。结果表明,超声波测距的相对误差分别为2.5%和1.25%,这样的精度能够满足实际需求,达到了预期目标。该系统具有测量准确、功耗低、使用寿命长等特点,可以满足一般的工业需要。     

曲面形工件的双探头超声寻位检测方法

针对难以一次定位的曲面形工件的超声检测，提出了一种双探头超声寻位检测方法。对涉及的一些问题给出了可行的解决办法。开发了相应的检测软件，并进行了仿真实验。理论分析与仿真结果表明，该方法是切实可行的。     

超声回波门参数数字化控制方法的研究与实现

提出一种基于CPLD的16通道超声回波门参数的数字化控制方法。当选用1 MHz时钟,门前沿、门宽控制范围为0～63μs,精度为±1μs,可满足大部分工程应用。该方法为大型多通道超声检测系统中回波门参数的数字化控制提供一种基础平台,简化了电路设计、布线、焊接和调试等,从本质上解决了模拟法控制精度低、稳定性差和操作不方便等缺点,还从本质上解决了基于专用集成C/T法集成度低,不宜用于大型多通道检测系统的缺点。     

基于流固耦合的换热管道污垢超声回波检测数值模拟与实验

对换热管道污垢的有限元建模、耦合边界处理进行了分析与讨论,以压力声学与固体力学为理论基础,基于COMSOL Multiphysics中的PDE模式构建平面辐射声源下的声波振动控制方程,采用超声回波法对换热管道污垢厚度进行无损检测,求解不同振动频率下的回波振型和响应时间历程,为检测多层管材时模态和频率选择提供理论依据。针对多组不同管材污垢厚度回波特性,将有限元仿真与测点检测结果进行对比,验证了模型的准确性。基于换热污垢动态模拟实验装置进行了污垢定量实验。结果表明：采用实验和有限元结合的方式实现换热管道污垢超声回波检测的方法是可行的,数值模拟与实验结果吻合,超声波对管道沉积污垢的检测误差在±4%左右,该结果对工程在役换热集输系统的运行和清管具有实际意义。     

基于矩形换能器空间脉冲响应的相控阵声场研究

针对矩形换能器空间脉冲响应利用分割阵元叠加和近似方法求解,提出一种精确求解的新方法。根据矩形换能器的对称性将观察点转换到第四象限进行求解,该方法不需要远场或近轴近似,只需要坐标变换就可以得到任意长宽比的矩形换能器在不同空间点处的脉冲响应函数。通过控制各阵元的延时实现相控阵声束的偏转和聚焦,分析一维相控阵的聚焦法则,得到各阵元的延时时间;对各矩形阵元加延时控制后的空间脉冲响应叠加求和,得到相控阵聚焦时的空间脉冲响应,进而求得各空间点的声压。计算相控阵换能器在不同聚焦角度时的空间声压分布,讨论不同阵元间距对分辨力的影响。结果表明该方法可以快速准确地计算较大偏转范围内的相控阵声场。     

信号特征在20钢高温时效组织状态无损评价中的应用

介绍了以超声回波信号特征识别技术评价20钢时效组织形态的方法。试验结果表明：利用优选的各组特征能够实现对全部试样组织形态的良好识别和聚类，识别率不低于88．5%；应用该方法可以完成对20钢高温组织形态的无损评价。     

FPGA-based High-precision Measurement Algorithm for the Ultrasonic Echo Time of Flight

Based on the evaluation of advantages and disadvantages of high-precision digital time interval measuring algorithms, and combined with the principle of the typical time-difference ultrasonic flow measurement,the requirements far the measurement of echo time of flight put forward by the ultrasonic flow measurement are an-alyzed.A new high-precision time interval measurement algorithm is presented, which combines the pulse counting method with the phase delay interpolation. The pulse counting method is used to ensure a large dynamic measuring range, and a double-edge triggering counter is designed to improve the accuracy and reduce the counting quantiza-tion error.The phase delay interpolation is used to reduce the quanti-zation error of pulse counting for further improving the time measure-ment resolution.Test data show that the system for the measurement of the ultrasonic echo time of flight based on this algorithm and im-plemented on an Field Programmable Gate Array(FPGA) needs a rel-atively short time for measurement,and has a measurement error of less than 105 ps.     

浅谈超声波流量计的使用

本文对超声波流量计的组成和工作原理作了一定的介绍,着重分析了超声波流量计的安装和使用要求,常见故障的现象和处理方法。     

基于填充算法的矩形件排样优化求解

针对矩形件优化排样问题，提出了一种将填充算法和遗传算法相结合的优化排样方法。该方法应用填充算法对遗传算法作预处理，使矩形件排样适用于“一刀切”的下料工艺，并克服了填充算法局部搜索的缺点，使搜索空间由一点扩大为多点，最终可获得总体最优的排样结果。算例表明，该优化排样算法运算速度快，具有广泛的适应性。     

超声导波相移追踪的回波辨识方法

超声导波的多模式和频散特性使得其回波分析与定位异常复杂,在导波传播的模型解析的基础上,提出了一种基于频率相位追踪的回波辨识方法。首先,选取指定模式的直接散射信号的频域相位作为参考相位,将被分析信号各个波包的频域相位用参考相位进行归一化处理,得到各个波包相对参考波包传播距离的归一化阶次;然后,结合回波信号的传播路径分析,达到对各个波包定位辨识的目的。数值仿真和实验也验证了该方法的可行性和有效性。