冲击加速度国际关键比对与参考值确定

介绍了中国计量科学研究院主导的冲击加速度国际关键比对(CCAUV.V-K4)。分析了比对样品冲击测量链各部分动态特性,并与实验室实际校准的冲击加速度激励信号相结合,说明了作为测量结果的冲击灵敏度与冲击激励的关系。针对比对参考值及其相应不确定度计算的问题,详细说明了3种方法的计算过程,包括国际比对推荐的计算方法和2种基于贝叶斯推断的计算方法。特别对基于贝叶斯统计的方法,结合实际校准过程的信息,采用了不同的统计模型和先验分布,利用马尔科夫链-蒙特卡洛(MCMC)数值计算方法得到了比对参考值的后验分布。对3种方法计算结果的进行了比较,并说明了3种方法的统一性及优缺点。

自监督学习结合对抗迁移的跨工况轴承故障诊断

轴承智能故障诊断应用中,由于实际工况复杂多变,极难获得足够的真实故障数据,且目标域和源域信号存在较大差异,导致深度模型的跨工况迁移识别也出现特征提取及分类困难、模型泛化性弱。考虑到目标域存在大量无标签数据,引入无监督思想,提出基于自监督学习结合对抗迁移的改进方法。首先根据信号本身特点创建辅助任务,对大量无标签数据学习,建立源域与目标域故障类别之间的内在联系;再通过对抗域适应和联合最大平均差异将源域知识迁移到目标域中,结合辅助任务优化两域差异,最终实现目标域准确的故障分类。用2个公开的轴承数据集上验证了所提方法的性能,实验结果表明,所提方法的故障诊断识别准确率在多数情况下均高于98%。

轨道交通添乘仪双向加速度校准方法的研究

为确保轨道交通行业计量仪器量值准确性和溯源性,为仪器性能评价提供依据及提高行业的质量控制。首先介绍了便携式添乘仪的工作原理,然后建立了基于标准低频振动台和标准低频加速度计测量添乘仪的水平和垂直双方向的加速度校准装置,最后通过试验分析,研究幅值频率响应和幅值线性度及评定了加速度参数的扩展不确定度。试验结果表明,在加速度范围0.02~0.20 g范围,频率范围为2~5 Hz范围内,垂直和水平方向加速度绝对误差在±0.01 g范围内;随着试验频率和加速度的增加,幅值频率响应和幅值线性度的绝对误差随之增加;通过低频加速度校准装置测量添乘仪测量精度高,扩展不确定度为Urel=4.8%(k=2),可根据JJG2054-2015计量检定系统表,将加速度参数溯源到国家基准,实现了轨道交通专用计量仪器量值准确性和溯源性。

振弦式土压力计自动校准系统设计及应用研究

随着智慧港口和智慧航道建设的发展,监测传感器的自动化计量已成为未来发展趋势。通过分析监测传感器——振弦式土压力计的组成和工作原理、校准需求及难点,设计并研制了一套自动化校准系统。以工控机为控制核心,以自动加压系统、频率采集仪为标准器,通过控制系统自动加压和测量被检设备输出频率模数值,可实现压力标准值的设置输出、频率测量值的自动记录存储及运算处理、历史数据管理及生成校准报告等目标。试验表明其各项程序和指标均能满足振弦式土压力计的校准要求,可直接用于相关计量校准工作。

基于冲击法的压电式力传感器灵敏度研究

为了开展冲击力校准装置下压电式力传感器动态灵敏度的校准,介绍了基于自由落体的落锤冲击力模型和基于空气轴承悬浮支撑的水平式质量块冲击碰撞的模型;通过4阶Butterworth低通滤波,研究加速度信号波形的滤波平滑,比较了不同截止频率的滤波效果;通过激光测振仪和标准加速度计测量加速度的对比试验,研究加速度绝对测量法与比较测量法对力传感器动态灵敏度校准精度的影响。试验结果表明,激光测振仪测量加速度须通过微分解调,要选择合适上限截止频率的4阶Butterworth低通滤波器进行滤波平滑处理;激光干涉绝对法复现的动态力精度为2%,加速度计比较法复现的动态力精度为4%;激光干涉绝对法校准的灵敏度波动性比加速度计比较法校准的灵敏度波动性小。

互易磁电振动传感器校准技术研究

提出一种无源伺服振动传感器的新的互易校准方法,该方法基于互易法校准的基本原理,根据无源伺服振动传感器的双线圈特性划分成被校传感器和互易传感器,通过建立振动微分方程,分析2个传感器的灵敏度比值、灵敏度乘积和互易校准系数的频率响应特性,最终提出对应的校准方法。基于该方法,进行2次实验测量,得到灵敏度比值和灵敏度乘积,结合互易校准系数,实现了无源伺服振动传感器的校准。并与激光干涉法进行了实验对比,实验结果表明:在频率1~100 Hz,2个传感器的校准结果相对误差均不超过1%。

基于优化变分模态分解和包络峭度的轴承故障诊断

针对变分模态分解(VMD)的分解层数K和惩罚因子α难以选择问题,提出了用减法平均优化器(SABO)对参数寻优的方法。首先,采用SABO对K和α进行寻优,输出最优参数组合并代入到VMD中,将原始振动信号分解得到K个模态分量;然后,用最大包络峭度为指标提取K个模态分量中峭度最大的分量作为最优分量,并计算其相关时域和熵理论特征参数构造特征向量样本集;最后,将特征向量样本集输入到经网格搜索和五折交叉验证调参的支持向量机(SVM)中进行故障诊断。为了验证该方法的有效性,利用凯斯西储大学轴承数据集进行实验,实验结果表明:该方法分类效果更好,准确率达到99.44%;基于江南大学3种不同工况的轴承数据实验,最终故障诊断准确率都达到了95%以上。

基于图像识别的离心泵空化故障诊断

针对利用离心泵一维振动信号进行空化状态识别时,存在信号特征查找不准确和信号受噪音影响较大的问题,提出了一种基于图像识别的离心泵空化故障诊断方法。利用savitzky-golay卷积平滑算法对原始振动信号进行降噪处理,随后将降噪后的信号转换为伪RGB图片,根据图片所显示的特征设计卷积核,并对图片进行卷积处理得到特征图,对特征图进行单通道变换以减少数据,最后将单通道图片作为LeNet-5神经网络的输入进行空化故障诊断。实验测试结果表明:该方法在加速模型训练速度的同时实现了离心泵空化故障的准确识别,准确率能够达到1。该研究为离心泵空化的快速诊断提供了一种新的方法。

电磁式线-角振动激振器气隙磁场特性分析

针对传统单轴激振器无法复现线-角空间耦合运动的问题,提出了一种可实现复合振动的电磁式线-角振动激振器磁路结构,并对其气隙磁场特性进行分析。首先构建了激振器的磁路和线圈结构,基于等效电流法,建立了气隙磁场的解析模型,与有限元分析结果的最大相对误差为1.25%,验证了解析模型的正确性;接着研究了各磁路参数对气隙磁场分布特性的影响规律,以及线圈电流产生的磁场与原磁场的耦合效应,并分析了线圈在运动过程中的受力情况;最后研制了激振器磁路拓扑结构样机,分别对线、角振动气隙磁场进行了实验测量,测得结果与有限元计算结果的最大相对误差小于5%,进一步验证了所提出磁路结构的有效性。

精密立式磨床天然大理石床身测试分析与优化设计

为了解决铸铁床身性能已接近材料极限的问题,文章针对某型号精密立式磨床天然大理石床身进行了研究。首先介绍了某型号精密立式磨床基本结构,采用有限元方法对天然大理石床身进行了模态仿真分析;然后进行了床身振动测试验证了仿真模型的正确性;最后基于ANSYS拓扑优化模块开展了天然大理石床身结构优化设计。结果表明:天然大理石床身总变形量、等效应力、质量分别降低了23.8%、15.07%、1.01%,证明了天然大理石作为磨床床身材料的可行性及其性能优越性。

基于正弦法的力传感器动态灵敏度校准的研究

为了校准预紧的压电式力传感器动态灵敏度并研究其频响特性和预紧结构的设计,首先介绍了正弦力激励的方法并建立校准数学模型;分别在传感器正立和倒立安装方式下进行测试;通过对比试验研究传感器端部等效质量引入的惯性力对传感器动态灵敏度的影响;然后将传感器和附加质量块安装于振动系统;通过白噪声激励得到系统安装谐振频率,研究传感器有效频率范围和测量精度与安装谐振频率的关系;通过理论分析,研究传感器两端等效质量不同,预紧结构非对称设计原因;最后对力传感器灵敏度进行不确定度评定分析;试验结果表明,当附加质量块质量约为传感器质量的120倍时,可忽略端部等效质量对灵敏度标定的影响;压电式力传感器固有频率高达46 kHz,但其有效使用频率范围受安装谐振频率限制,当试验频率与安装谐振频率比f/f0≤0.1时,压电式传感器精度等级为1%;动态测试时将传感器端部等效质量轻的一端连接被测物体。

弹簧冲击器溯源过程中的碰撞接触力特性研究

为了提升弹簧冲击器校准装置溯源工作的测量准确度,完整评估其溯源工作中冲击端碰撞过程的能量损失,引入Newton恢复系数e,结合广义接触力模型对溯源装置的冲击端碰撞过程进行动力学建模并进行数值仿真分析。研究结果表明:考虑Newton恢复系数e时的最大接触力大于未考虑时的最大接触力,且随着Newton恢复系数e的增大,最大接触力呈现非线性增加;Newton恢复系数e对碰撞过程中的相对形变量几乎无影响;结合实验结果,当e=0.8时的仿真结果与实测值接近,相对误差约为2%。

基于边云协同的数控机床故障诊断联邦学习研究

为解决数控机床主轴轴承和刀具在进行故障诊断模型训练时需要大量数据且耗时长的问题,提出一种基于边云协同架构的联邦平均学习故障诊断模型。首先,设计一维卷积神经网络模型架构,在各边缘客户端进行本地模型训练,以减小数据上传规模和分担云服务器端计算压力;其次,在云服务器端基于准确率优化模型聚合算法,改进边缘客户端筛选算法,以加快模型收敛速度,提高模型准确率;再次,在云服务器端搭建基于Kubernetes的KubeEdge边云协同平台,以缩短数据传输的通信时间。实验结果表明,模型在各边缘客户端故障诊断的准确率最终稳定在87.5%左右;且收敛速度、训练时长等方面与对照组相比,均获得优化。

新一代冲击加速度国家基准装置的研究与建立

研究建立的新一代冲击加速度国家基准装置,在冲击加速度峰值20～1 000 000 m/s2和脉冲持续时间20～200μs范围内,实现了加速度计冲击灵敏度激光干涉法的高精度校准。介绍了装置的结构组成和解决的关键技术问题,描述了中小冲击装置加速度峰值和脉冲持续时间的控制功能,给出了装置的主要技术指标和实验数据。新一代冲击加速度基准装置可以解决国民经济各领域对冲击计量提出的宽量程、高准确度的量值溯源需求问题。

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明:闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。

高精度转动惯量测量仪分析与设计

文中讨论的扭振法转动惯量测量仪,不需要测量幅值,根据振荡周期就能给出高精度的转动惯量计算结果。介绍了它的工作原理,并且详细分析了测量系统的误差,并给出了相邻周期误差的估计公式。在此基础上提出了两种数据处理方法,方法Ⅰ针对小阻尼比采用对偶时间序列误差相消,直接计算;方法Ⅱ通过计算阻尼比,把阻尼振荡周期转化为无阻尼自振周期进行转动惯量计算,放松了对阻尼比的要求,提高了计算精度。数学仿真结果表明,两种方法对测量误差都不敏感,且均可满足测量误差<±0.5%的要求。

机动车激光测速仪校准技术的研究

依据移动式（单光束）和固定式（双光束）红外机动车激光测速仪共同的测量原理,提出了一种基于时间延迟的校准方法。采用虚拟仪器技术的机动车激光测速仪校准系统,将激光测速仪发射的905 nm测量脉冲激光光束进行特定时间量的延迟,以模拟其在空气中对应的传播距离,实现固定时间间隔激光脉冲串测量的距离变化量的精确模拟,完成机动车激光测速仪在20～250 km/h时速范围内任意速度值的实验室准确校准,其时间延迟分辨率为5 ps,对应位移分辨率为0.75 mm,模拟速度不确定度优于0.5%（k=2）。

叶尖定时旋转叶片实时振动测量技术

设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统。系统主要由光电传感系统、数据采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统三部分组成。叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的 Y 型结构,并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测,使传感器信噪比大于500,信号带宽大于 50MHz。利用 CPLD 和 DSP 技术,实现了叶尖定时信号的高速实时采集与处理;建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型,实现了叶片振动的实时监测。整套测量系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,在转速高达 9210rpm的情况下测得的同步共振最大幅值为 0.4231mm,接近于同等条件下国外的测量结果,从而验证了整套测量系统的可靠性。

冲击绝对法的力传感器灵敏度不确定度评定分析

为了评定冲击力校准装置下压电式力传感器动态灵敏度的不确定度,首先介绍了基于空气轴承悬浮支撑的水平式质量块冲击碰撞的校准模型。然后通过激光绝对法复现加速度,进行了不同硬度的冲击头碰撞测试,最后对力传感器的动态灵敏度参数进行测量结果不确定度评定。试验结果表明,基于激光绝对水平冲击法的力传感器灵敏度不确定度为U_(rel)=1.0%,(k=2),满足对动态力传感器的校准需求。

正弦逼近法振动传感器幅相特性测量技术的研究

介绍正交Michelson激光干涉仪的基本原理和特点,针对加速度传感器幅频和相频特性测量技术,详细介绍了正弦逼近法完整的数学推导过程,并论述了其中相位展开、曲线拟合、误差补偿等技术难点。概述测量系统的构架以及完成数据采集和信号处理的虚拟仪器技术。