高速摩擦制动界面振动信号时频法分析技术研究

利用MM-1000型摩擦制动试验机进行了高速摩擦制动试验,使用加速度传感器采集了摩擦制动过程中界面轴向与径向振动信号。利用Morlet小波变换对不同制动压力、干湿工况下的振动信号进行分析,结合摩擦制动过程中瞬时摩擦系数变化对高速摩擦制动界面振动行为时频法分析技术进行了研究。结果表明:重采样能够大幅减小计算量且对低频段振动时频分析无明显影响;Morlet小波时频分析比短时傅里叶变换和HHT边际谱具有更好的分辨率,对制动界面振动信号处理效果更好;时频图中的斜率与制动过程中的转速变化相对应,表明高速摩擦制动过程中转速基本呈线性降低;结合时频图与瞬时摩擦系数曲线可以评估高速摩擦制动过程中界面状况变化过程;振动能量主要集中在基频、二倍频和三倍频,超过三倍频部分能量较少。     

旋转机械非平稳振动信号的时频分析比较

信号分析与处理是机械故障监测与诊断中故障提取的常用方法,传统的振动故障分析方法难以满足频率随时间变化的非平稳信号的要求,联合时频分析是非平稳信号比较有力的分析工具。以转子实验台的典型振动故障信号为研究对象,分析研究了几种时频分析方法如STFT、Wigner-Ville分布、小波变换和Hilbert-Huang变换。对比结果表明:STFT和Wigner-Ville分布的时频分辨率是矛盾的,易出交叉项或使信号变得微弱;小波分解会出现多余信号;Hilbert-Huang变换的时频分析能够直观检测信号中的微弱奇异成分,清楚给出时频分布情况,为旋转机械状态监测和故障诊断提供了新的手段。     

爆破振动信号的时频分析

爆破振动信号的研究方法已由单纯的频域分析过渡到时频联合分布分析。在讨论FOURIER变换(FT)和短时 FOURIER变换(STFT)不足的基础上,论述了基于连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)在爆破振动信号分析中的应用。作为一种严格的时频分析方法,论文尝试利用二次型时频分布来进行爆破振动信号的时频联合分析;通过几种二次型时频分布的对比分析,认为CWD在具有较强的时频聚集性的同时又较好的对交叉项进行了抑制,适合于进行爆破振动信号的时频分析。     

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。     

切削振动加速度时间历程演化过程的动力学特征

取自刀架的振动加速度时间历程被分为三大部分：无颤振切削状态,过渡切削状态和颤振状态。这里分别从热力学角度和几何角度描述了切削系统的动力学行为,给出了与无颤振切削状态和颤振状态相对应的振动加速度时间序列的概率密度分布和三维重构吸引子。并计算了各阶段的Lyapunov 指数和 Kolmogrov 熵。同时绘制并讨论了Lyapunov 指数和 Kolmogrov 熵与切削加工参数的关系曲线。研究表明： Lyapunov 指数和 Kolmogrov 熵与切削加工参数的关系曲线变化趋势相同,看起来象稳定阈图,这些曲线对切削加工参数的选择具有指导作用。并且,当切削状态从无颤振状态过渡到颤振状态时,Lyapunov 指数和 Kolmogrov 熵将随振动幅值的增大而增大。     

三种时频分析在复合材料无损检测中的应用

随着复合材料的广泛应用和现代信号处理技术的发展,时频分析方法已广泛应用于各类复合材料的损伤检测.将短时傅立叶变换、小波变换和黄氏变换三种时频分析技术经过Matlab编程,结合Lamb波应用于玻璃纤维增强的复合材料层合板的无损检测,并对三种时频结果进行比较与分析.结果表明:上述三种时频分析方法都能进行复合材料的损伤判定,...     

基于广义解调时频分析的多分量信号分解方法

广义解调时频分析方法是一种新的信号处理方法，该方法将广义解凋和最大重叠离散小波包变换相结合对复杂信号进行分解，得到若干个瞬时频率和瞬时幅值都具有物理意义的单分量信号，从而获得原始信号完整的时频分布。本文在介绍广义解调时频分析方法的基础上，将该方法用于多分量信号的分析，对该方法进行了改进，给出了由改进的广义解调时频分析方法分解多分量信号的具体步骤，从而由改进后的广义解调时频分析方法不仅可以得到原始信号中各个分量的时域波形，而且还可以得到相同的时频分布。采用改进后的广义解调时频分析方法对仿真信号进行了分析，同时和其它时频分析方法进行了比较，结果表明了该方法的有效性。最后，对广义解调时频分析方法中的相位函数选择问题进行了讨论。     

基于高斯线调频小波变换能量谱的齿轮故障诊断

提出了一种基于高斯线调频小波变换诊断齿轮故障的新方法。线调频小波变换是信号的时间－频率－尺度变换，具有比小波变换及其它时频分析方法更强的非平稳信号分析功能。利用高斯线调频小波变换作齿轮振动信号的能量谱估计，可提取调制边频带结构，识别故障模式。试验结果表明这种方法可有效应用于齿轮局部故障诊断中。     

时频谱相似性度量的故障特征提取方法

针对齿轮或轴承在局部故障损伤状态下的振动信号,提出一种基于时频谱相似性度量的故障特征提取方法,用于齿轮或轴承相关故障的诊断。该方法首先利用比例因子可调的S变换对振动信号进行时频变换;然后在S变换时频谱中,选取一个显著的冲击特征,保持其频率不变,令其沿时间轴方向,从初始时间平移至终了时间,同时计算冲击特征与所遮掩时频区块之间的余弦相似度和相关系数;平移结束后获得余弦相似度和相关系数的曲线。仿真信号和齿轮、轴承故障振动信号的处理结果表明,余弦相似度曲线和相关系数曲线均可展现出故障冲击特征的周期性变化规律,且两者的频谱均能够提取出故障特征频率,实现齿轮或轴承相关故障的识别。     

频率切片小波变换在爆破振动信号时频特征精确提取中应用

基于频率切片小波变换(Frequency Slice Wavelet Transform, FSWT)技术研究爆破振动信号时频特征提取新方法。采用FSWT进行爆破振动信号分解，得到在全频带下的时频分布。在此基础上据其时频能量分布，选择时间、频率切片区间进行细化特征分析，通过信号特征频率切片区间信号重构，实现爆破振动时频特征分离及提取。通过与传统的STFT、WPT、WVD等算法进行对比分析表明，FSWT算法具有良好的时频聚集性、任意频带分量特征提取的灵活性及准确性。将FSWT算法引入爆破振动效应分析领域，可为爆破振动信号时频特征精确提取奠定基础，具应用前景较好。     

小波变换在混凝土冲击回波检测中的应用

采用冲击回波法检测混凝土厚度或者缺陷时,采用传统快速傅里叶变换方法,由于傅里叶变换的时移性以及信号中包含表面波和结构模态振动使得特征频率的提取较为困难。要解决特征频率提取受到干扰的问题,该文提出一种小波变换结合傅里叶变换的信号处理方法。首先对回波信号进行小波变换,得到信号时频图和小波边际谱,其次将小波边际谱与傅里叶谱相乘,得到增强傅里叶谱。结果表明:信号时频图可以确定表面波和模态振动的频率范围和时间跨度,增强傅里叶谱不仅可保证频率分辨率,而且抑制由于傅里叶变换的时移性产生的多个波峰,使得特征频率在频谱中更为清晰和准确,是一种适用于冲击回波检测的信号处理方法。     

基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法在齿轮故障诊断中的应用

针对齿轮启停过程中故障振动信号的调频特性,提出了基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法,并将其应用于齿轮瞬态信号的分析。广义解调时频分析是一种新的时频分析方法,它可以将多分量的信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的单分量信号,每个单分量信号可以是调幅-调频信号,因此非常适合处理多分量的调幅-调频信号。而当齿轮发生故障时,其启停过程中的振动信号就表现为多分量的调幅-调频特征。在基于广义解调时频分析和瞬时频率计算的阶次谱方法中,首先采用广义解调时频分析方法将齿轮瞬态信号分解为若干个单分量信号,然后计算各个分量的瞬时频率,再对其瞬时频率信号进行重采样,最后对重采样信号进行频谱分析得到阶次谱,从而提取齿轮振动信号的故障特征,判断齿轮的工作状态。仿真信号和实验信号的分析结果表明了该方法的有效性。     

基于小波分解的爆破振动信号RSPWVD二次型时频分析

对爆破振动信号进行时频分析是为了更全面而准确地得到信号能量随时间、频率的分布状况。RSPWVD二次型时频分析虽然具有较高的积聚性,对产生的交叉项也有较好的抑制,但不可避免会损失部分信号,无法获得爆破振动信号的细节信息。利用RSPWVD二次型时频分析与小波分析相结合的分析方法对实测的爆破振动信号进行时频分析,结果表明：此种方法提高了爆破振动信号时频特征的精度,展现了爆破振动信号的时频细节信息,可获得更加直观、合理、时频分辨率更高的信号时频特征。     

基于希尔伯特-黄变换提取车辆轨道耦合系统时频特性

为研究各种激扰对车辆轨道耦合系统动力学响应时频特性影响,将基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）应用于车辆轨道耦合动力学振动信号分析中。运用改进EMD方法提取耦合系统振动响应的固有模态函数（IMF）,并对其进行希尔伯特-黄变换,得到振动响应的希尔伯特时频幅值谱和边缘谱。分析表明：希尔伯特-黄变换较傅里叶变换的分辨率与精度高,能有效捕捉车轮缺陷及轨道谐波不平顺激励下车辆轨道耦合系统的调制信号;车体垂向振动加速度随轨道不平顺波长、幅值非线性变化,振动信号的轮周激励成分为调制信号,且随轨道不平顺幅值增大而减小,随轨道不平顺波长增大非线性变化。     

自适应广义S变换在内燃机气缸盖振动特性研究中的应用

提出了一种基于时频分辨率最优化的自适应广义S变换,并通过仿真试验,比较了自适应广义S变换与短时傅里叶变换和S变换的时频分析结果,证明了自适应广义S变换具有更高的时频分辨率。对某4缸4冲程汽油机气缸盖的振动信号进行时频分析,结果表明自适应广义S变换得到的时频分布比S变换具有更高的时频分辨率,能够较为准确地分辨出气缸盖振动的主要激励源及其时频特性,研究结论可为低振动噪声内燃机改进设计提供指导。     

金属声发射信号三种时频域分析的比较研究

本文首先介绍了短时傅立叶变换、小波变换、二次型时频分布等三种时频域分析方法,并利用这三种分析方法分别对金属裂纹声发射信号进行了分析处理,对比研究了这三种时频域分析方法对金属裂纹声发射信号处理上的不同特点.     

应用Hilbert变换和ZFFT提取变速器齿轮故障特征

变速器故障齿轮振动信号,调幅现象和调频现象同时存在,其频谱中包括啮合频率及其谐波、调制产生的耦合频率。Hilbert变换无法提供足够高的频率分辨率解调低频调制信号,为此提出复调制细化谱分析方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,对包络信号进行复调制细化谱分析,得到齿轮轴转频基波及其谐波幅值。随着齿轮磨损程度的增加,齿轮轴转频基波及其谐波幅值明显增大,可作为齿轮磨损故障特征参数。     

滞后型切削颤振诊断技术的研究

着重讨论了滞后型切削颤振的诊断原理和诊断方法。理论分析和试验结果证明，滞后型切削颤振系统的稳定性和切削力信号Ｆｙ（ｔ）相对于振动加速度信号ｙ（ｔ）的相位差ρ存在某种一一对应的关系。因此，可以通过测量切削过程中切削力信号Ｆｙ（ｔ）相对于振动加速度信号ｙ（ｔ）的相位差ρ的大小来诊断生产现场中发生的颤振是否属于滞后型颤振。试验在普通车床上进行。     

混沌特征量识别切削颤振的试验研究

针对切削颤振具有的非线性,传统信号处理方法不能全面揭示颤振特征及难以识别预报等问题,通过改变切削速度及深度的多组切削试验,获得从平稳切削到颤振状态完整过程的多组振动加速度信号,采用关联维数、最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵等分析测试信号的混沌特征。结果表明,三个混沌特征量均能从不同角度较好揭示切削过程从平稳到颤振的变化规律。多混沌特征可能将是识别预报颤振的新方向。     

广义解调时频分析方法在调制信号处理中的应用

介绍了一种新的信号处理方法-基于广义解调的时频分析方法,并将这种方法应用于调制信号的处理。广义解调时频分析方法采用广义解调将时频分布是曲线的信号变换为时频分布是平行于时间坐标轴的直线的信号,然后采用最大重叠离散小波包变换（Maximal overlap discrete wavelet packet transform,简称MODWPT）对广义解调后的信号进行分解,得到若干个瞬时频率和瞬时幅值都具有物理意义的单分量信号,再对各个单分量信号进行逆广义解调,进一步求出瞬时频率和瞬时幅值,从而得到原始信号完整的时频分布。采用广义解调时频分析方法对调幅-调频信号进行了分析,结果表明该方法能有效地提取调幅-调频信号的调制信息。