计及负频率的极高频信号离散频谱校正新方法

对于机械振动与故障诊断等领域中常见的极高频(接近奈奎斯特频率)信号,传统的离散频谱校正方法存在着较大误差,负频率成分干涉严重是影响其频谱分析精度的重要因素。为提高极高频信号的频谱分析与校正精度,给出了一种计及负频率影响的离散频谱校正新方法。该方法基于Blackman窗,依据离散频谱的周期性并利用局部谱峰附近的3条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式。采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法可有效降低负频率成分对极高频信号频谱的干涉影响,提高其频率、幅值和相位校正精度。     

提高FFT谱质量的一种新方法

论述了ＤＦＴ连续性,并推出ＤＦＴ谱的插值公式。提出了通过迭代确定ＤＦＴ的幅值极大值以寻找信号参数,并编制出寻找ＤＦＴ幅值峰值的抛物线迭代程序,该迭代只需几步即可得到相当准确的频率。考察了ＤＦＴ的频率分辨力和精度。比较了窗函数对ＤＦＴ精度影响,指出全景分析时采用汉宁窗,而局部分析时采用矩形窗。     

离散频谱能量重心法频率校正精度分析及改进

研究噪声对离散频谱能量重心法的频率校正精度的影响,推导了在高斯白噪声背景下用能量重心法对加对称窗的离散频谱进行校正的频率误差理论公式,分析找错和找对最大值谱线情况下的理论误差和某些情况下校正误差较大的原因,为了提高能量重心校正法的频率校正精度,提出用谱线间相位差为阈值作为选择用3条或4条谱线进行校正依据的改进措施。通过对加Hanning窗的离散频谱进行计算机仿真计算,结果表明在大噪声背景下改进的能量重心校正法有很高的频率校正精度,与理论推导十分吻合,验证了理论推导的正确性,表明改进后的能量重心法具有更高的抗噪性能,扩大了能量重心校正法的工程应用范围。     

基于LabWindows/CVI的列车逆变电源分析仪的设计

本文基于插值快速傅里叶变换原理，改进了一种基于汉宁（Hanning）窗的三谱线估计插值方法；采用传感器采样的线性拟合算法和频率跟踪技术动态调整采样频率方案，设计出了一款基于Labwindows／CVI的列车逆变电源分析仪，成功用于电力谐波分析，提高了系统的分析精度，仿真实验和测试结果表明这种全局修正的插值快速傅里叶变换算法是成功的。     

考虑电网频率变化率的改进相位差校正法研究

针对电网信号基波频率动态变化时相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能测量失败的问题,提出了一种考虑频率变化率的改进相位差校正法。指出了非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其当基频动态变化导致基波频率偏移较大时,非同步采样使测量精度严重降低。推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式,在线测量时,频率变化率用前次与当次测得的基波频率进行差商运算求得,再据此对测量结果进行了修正。分别使用考虑频率变化率的方法和原方法对变频电网信号进行了数值仿真研究。研究结果表明,改进相位差校正法有更高的测量精度,对基波的测量精度提高一个数量级,采样窗长为IEC标准规定窗长的50%,能满足频率动态变化时谐波在线测量的精度与实时性要求。     

矩形窗频谱的精确校正

本文推导了以矩形窗函数谱分析的精确校正公式，仿真表明该方法大大提高了谱分析精度。     

计及负频率影响的科里奥利质量流量计信号处理方法

采用滑动Goertzel算法计算科里奥利质量流量计信号的相位差时，存在较长的收敛过程，其主要原因之一是忽略了负频率成分的贡献。基于DTFT递推算法，提出了一种计及负频率影响的科里奥利质量流量计信号处理方法。首先采用自适应格型陷波滤波器对科里奥利质量流量计的传感器输出信号进行滤波并求得其频率，然后采用计及负频率影响的DTFT递推算法计算两路信号之间的实时相位差，再通过频率和相位差计算出时间差，从而求得质量流量。仿真结果表明，该方法可极大缩短相位差和时间差计算的收敛过程，具有较高的计算精度，且当应用于实际的系统时不易发生数值溢出。     

基于Rife-Vincent窗衰减信号插值离散傅里叶变换

频谱泄漏和栅栏效应是影响衰减信号离散傅里叶变换精度的主要因素。为了提高多频衰减信号离散傅里叶变换频谱参数的校正精度,提出一种加窗两点矢量插值校正算法。对信号加M阶余弦窗并计算加窗后信号的离散傅里叶变换,利用真实频率附近的两根谱线的矢量比建立方程,通过求解方程获得频率偏移量和衰减因子,利用上述获得的两个参数计算出信号的频率、幅值和相位。余弦窗的最大旁瓣衰减特性能有效的降低频谱泄漏的影响,两点矢量频域插值可以消除栅栏效应,两者结合极大地提高了算法的参数校正精度。仿真和试验结果表明,算法具有较高的参数校正精度和稳定性,且计算效率较高,适用于实时处理及对计算资源要求苛刻的场合,为多频衰减信号的特征提取提供了一种可选的方法。     

管道结构健康监测中激发信号的选取方法

结构健康监测中激发信号合理选取对于最终的监测结果有着决定性的影响,本文根据试验经验和相关的理论研究确超声导波的激发频率的基本原则。激发信号的模态和频率是根据波动方程画出的频散曲线以及不同模态导波沿管道的位移曲线确定,根据频散曲线理论公式计算不同模态的截止频率,从而可以避开激发频率的盲区,窄带单音频叠加信号采用汉宁窗函数调制可以提高信号强度,传播距离也显著增加.窄带频率有利于控制,同时要考虑周期在时域信号持续时间,避免波形叠加。     

高精度可连续调节宽带猝发信号发生器设计

本文设计了一种使用纯硬件的设计方法，实现低失真率，频率精度高，且产生连续可调的猝发信号。使用模拟乘法器调幅和模拟开关关断实现矩形窗、汉宁窗、海明窗等不同的加窗形式。另外猝发信号发生器采用了以单片机为核心的嵌入式控制系统，方便地上位机对信号发生器控制。通过串口通信上位机（个人计算机）可以在线修改信号发生器的猝发时间间隔，猝发脉冲宽度，以及信号频率。该信号发生器最高频率达1.8MHz，可以广泛应用于超声导波，电磁超声检测，以及激光脉冲控制等。     

一种新的预测铣刀刀尖频响函数的方法

为准确快速地预测铣刀刀尖点频响函数,提出一种基于逆响应耦合子结构分析（IRCSA）法辨识刀柄-刀具结合面参数的刀尖点频响函数预测方法。该方法通过建立计算刀柄末端频响函数矩阵和刀尖点频响函数矩阵的数学模型,利用逆响应耦合子结构分析法求取随频率变化的刀柄-刀具结合面参数。通过Cuckoo search算法及有限元分析确定刀尖点频响函数中对刀柄-刀具结合面复刚度矩阵变化最为敏感的固有频率,取该频率对应的结合面参数为刀柄-刀具结合面复刚度矩阵的辨识结果,由此计算出刀尖点频响函数。通过硬质合金圆柱棒、2刃铣刀和4刃铣刀进行验证,对比了所提预测方法、Cuckoo search优化算法预测的刀尖点频响函数与实测值三者之间的差异,实验结果表明该预测方法预测的刀尖点频响函数的固有频率和实测固有频率的误差在5%以内,所用时间约为Cuckoo search优化算法的1%,达到了较高的预测精度,并且更加省时、简便。     

基于改进能量算子和K-RV互卷积窗的闪变参数检测*

IEC标准61000-4-15推荐采用正弦波和矩形波两种波形对闪变仪检验,目前电压闪变检测研究主要针对正弦波调制模型,而人眼更加敏感的矩形波调制下的闪变快速准确检测研究较少。针对矩形波调制下的闪变快速准确检测,建立基于间隔采样改进能量算子的波动分量提取算法,构建新型优化K-RV互卷积窗函数,推导基于新型K-RV互卷积窗三谱线改进快速傅里叶变换(FFT)谱分析方法,据此提出基于改进能量算子新型K-RV互卷积窗的矩形波调制闪变检测方法,开发基于PXI+LabVIEW架构的电压闪变参数检测平台。仿真与实验结果表明,所提出的算法在简单矩形波调制、多频率调制、含有各类谐波干扰、电网基波频率变动及含有噪声干扰情况下,均能有效实现闪变的准确检测与分析,相比传统方法具有更高的准确度。     

基于改进平方检测和新型K-N互卷积窗的闪变参数检测

传统的数字式闪变仪研制主要根据IEC闪变测量原理将各环节的模拟滤波器转换为数字滤波器来实现,但数字滤波器的效果受限于采样频率和变换方法的选取。提出利用解析模式分解改进传统平方检测法的滤波环节,准确提取电压闪变包络信号,构建新型K-N互卷积窗函数,推导基于新型K-N互卷积窗三谱线插值修正算法,据此提出基于改进平方检测法和新型KN互卷积窗的闪变参数检测方法,开发基于虚拟仪器的闪变参数检测平台。仿真实验结果表明,所提算法在单一频率调制、多频率调制、电网频率波动、含有叠加谐波及噪声干扰的情况下,均能有效实现闪变参数的准确检测,相较于传统检测方法,实现简单且具有更高的准确度。     

Auto term window method and its parameter selection

In this paper, the parameter selection in Auto term window (ATW) method is discussed and analyzed in the theoretical and experimental analysis. ATW method can suppress cross terms in Wigner–Ville distribution (WVD) effectively and applied in rotary machinery feature extraction and fault diagnosis. According to the characteristic that the auto terms and cross terms have no correlation, the ATW method introduces a window function which covers the auto terms in the time–frequency domain to windowing the WVD results. Aimed at the two difficulties in this new method which are window function selection and threshold value determination, this paper discusses the parameters optimization process in detail. The suitable window function with good time–frequency distribution and energy accumulation has been selected and compared to some other existent approaches. The optimal parameters are determined in the following analysis and the simulation examples are used to prove the validation of the results.     

基于遗传算法的梁结构边界条件识别

利用波动理论建立梁结构振动的行波模型,并基于遗传算法提出了一种识别梁结构边界条件的新方法。该方法直接利用结构振动的频响函数,将边界条件的识别问题转化为优化问题,然后利用遗传算法的全局优化特性得到全局最优解。实验结果表明,本文提出的方法能够很好的识别结构的边界条件。     

Three-dimensional reconstruction of fracture surfaces: area matching algorithms for automatic parallax measurements.

This paper describes two solutions for systematic measurement of surface elevation that can be used for both profile and surface reconstructions for quantitative fractography case studies. The first one is developed under Khoros graphical interface environment. It consists of an adaption of the almost classical area matching algorithm, that is based on cross-correlation operations, to the well-known method of parallax measurements from stereo pairs. A normalization function was created to avoid false cross-correlation peaks, driving to the true window best matching solution at each region analyzed on both stereo projections. Some limitations to the use of scanning electron microscopy and the types of surface patterns are also discussed. The second algorithm is based on a spatial correlation function. This solution is implemented under the NIH Image macro programming, combining a good representation for low contrast regions and many improvements on overall user interface and performance. Its advantages and limitations are also presented.     

基于泄漏对消的电力谐波相角高精度估计算法

采用快速傅里叶变换(FFT)进行电力系统谐波分析时,受频谱泄漏和栅栏效应的影响,相角估计误差往往较大.为减小这类误差,提出一种基于频谱泄漏对消的谐波相角高精度估计算法,结合余弦组合窗时域和频域特性,综合考虑长、短范围频谱泄漏的影响,推导了基于余弦组合窗的插值FFT谐波相角计算式.该算法首先运用基于余弦组合窗的插值FFT方法获得频率偏差估计值,然后采用离散频谱泄漏对消方法进行信号谐波相角估计,实现简单,准确度高.非同步采样情况下,采用典型余弦组合窗(Hanning、Blackman、Blackman-Harris、Rife-Vincent(I)、Nuttall等)进行信号谐波相角估计的仿真实验与应用验证了本文算法的准确性和有效性.     

工程扫描图的一种新型的自适应中值滤波算法

工程扫描图平滑处理常采用的中值滤波器能够有效去除噪声，但也会引起图像中诸如细线、角点等重要细节信息的丢失和破坏。提出基于多个子窗口的自适应的中值滤波算法，在处理每一个像素时，把多个方向的子窗口同时作用于该像素，比较这些子窗口的灰度一致性，然后选择灰度一致性较高的子窗口的中值，作为处理后的该像素的灰度值。以一种标准测试图像和实际扫描图为例，对标准中值滤波器和所提出的算法进行了对比试验，结果表明后者具有较好的细节保护能力和较强的滤噪特性。     

球轴承径向载荷积分常数拟合及其应用

分析了球轴承径向受力时径向变形计算的复杂性,提出了通过拟合径向载荷积分常数简化径向变形计算的方法。针对常用的曲线拟合基函数,分别阐述了其拟合计算方法,并以基函数最高幂次为基准,比较了4种拟合方法的拟合指标,最终判定有理基函数具有较高的拟合精度。将拟合函数用于径向变形的计算,使三个变量相互耦合的方程（包括一个积分方程）简化为两个简单方程的迭代。算例表明,简化算法具有足够高的精度,实验结果与计算结果趋势的吻合度较高。