基于振动台试验的加速度积分位移

轨道不平顺是铁路车辆系统振动的主要激励源,车体构架运行姿态的变化会对轨道几何不平顺检测精度造成影响.理论上可通过位移传感器对车体构架的运行姿态进行测试,但多数情况下测量困难且精度较低,而采用加速度传感器测试,又存在各种噪声干扰,使积分位移中含有趋势项漂移误差.针对此类问题,提出了一种从加速度数据中获取位移时间序列的低频衰减频域积分方法.该方法从测量加速度积分开始,采用基于滑动平均的最小二乘法预处理方法,去除积分过程中的噪声产生的误差,还原实际由于轨道不平顺产生的振动响应.结合滑动平均方法、高通滤波器和频域积分,通过多次平滑、滤波和积分,得到重构位移信号,避免了信号的失真.该方法的主要优点是重构位移不存在长周期漂移.通过与振动台实测数据的对比分析,验证了该方法的准确性和可靠性.

基于频谱能量形态拟合的加速度积分方法研究

针对带噪加速度信号的积分问题,提出一种基于频谱能量形态拟合的频域积分新方法,定义为有效频段法。假设峰值主频临近区域的频谱曲线符合高斯函数分布,根据该区域内带噪信号的累积能量变化,拟合得到相关高斯函数的参数,从而根据三倍标准差原则确定主频有效信息的分布范围,进而通过有效频段内的频域积分和傅里叶逆变换,得到相应的速度和位移信号;最后,通过数值模拟算例,考察有效频段法在多频简谐激励和随机激励下的积分效果,并与传统频域积分方法进行对比。结果表明,相对于传统频域积分方法,有效频段法可以实现积分频段的自动确定,能得到简谐激励下更高的积分精度和随机激励下稳定且良好的积分精度,抗噪性能更强。

土石坝动力分析的改进二次加速度积分法

土石坝动力分析常用的是Wilson-θ积分方法,但该方法用于分析高频问题和大步长问题时精度较低。针对该缺点提出一种改进的二次加速度积分法,该算法与一步二次加速度积分法相比,计算精度不变、稳定性要求容易满足,计算用时大大减少。对算法的基本原理、稳定性及精度进行了分析,并给出一个土石坝动力分析的算例,验证了该算法的可行性。与常用的Wilson-θ法、Newmark法和中心差分法进行了数值比较。计算结果表明:该算法在分析高频问题和大步长问题时,计算精度较高。

基于Welch功率谱的加速度积分改进方法研究

针对带噪加速度信号的积分问题,新近发展的有效频段法相对于传统的频率截止法,积分精度和抗噪性得到了较大改善。但多个分析频率范围需要人为指定,且高噪声的适应性仍较差,不利于工程实践。基于加速度信号的Welch功率谱,提出改进的有效频段法。首先针对Welch功率谱曲线,综合应用5%峰值阈值和邻近波谷频率,实现分析频率范围的自动定义。继而提出基于Welch功率谱曲线和基于Welch功率谱开方曲线的两种不同形态拟合方法,实现有效频段的自动识别。最终进行有效频段内的频域积分,得到相应的速度和位移信号。通过数值模拟算例,对比考察原有效频段法和改进方法在多频激励和随机激励下的积分效果。结果表明,相对于原方法,改进方法可以实现加速度积分的全程自动分析,且抗噪性能进一步加强,其中基于Welch功率谱曲线和基于Welch功率谱开方曲线的形态拟合分别适用于高噪声下的多频激励情况和随机激励情况。

加速度频域积分中低频截止频率的优化取值

结构健康监测领域中,往往通过测试结构的加速度响应并通过积分来得到结构的位移响应。加速度积分的方法有很多种,其中频域积分方法具有计算速度快、稳定性高等优点,但由于受到低频敏感性的影响,应用受到较大限制。现有研究成果对加速度频域积分中截止频率的选择还未形成统一认识,文章就这一问题展开了深入研究。首先阐述了造成频域积分低频振荡的原因,然后通过对简谐信号的大规模数值计算,拟合出了最优截止频率的计算公式,并通过计算分析得出,最优截止频率的大小与采样频域和采样点数不存在必然关系,只与加速度信号基频线性相关。最后采用有限元仿真计算,对比了文章积分方法得出的位移与SAP2000计算位移的差异,二者平均峰值误差为1.96%,满足工程测试精度的要求。

基于加速度多重基线校正的移动车辆下桥梁动位移间接测量方法

针对桥梁荷载试验中传统的动位移直接测量方法设备仪器安装复杂、操作难度大、代价高,甚至在特殊条件下难以实现等问题,以现有相关研究成果为基础,提出一种基于实测加速度动静分离和多重基线校正策略的桥梁动位移间接测量方法。通过对加速度数据进行基线校正消除其整体偏移误差,利用快速傅里叶变换滤波消除高频噪声干扰,动静分离得到准静态和自由振动响应并分别积分后叠加。考虑动静响应特征差异提出一种新型多重基线校正方法,实现了趋势项误差的有效消除。基于所建立的位移估计方法框架和流程,通过20~40 km/h多种车速下实桥现场动载试验获得的加速度和直接法动位移测试数据,对所提方法进行了试验验证。结果表明,动位移估计值与直接测试值时程曲线吻合程度良好,峰值相对误差1.68%~5.29%,表明所提出的动位移估计算法具有较高的精度和工程适用性。

桥梁振动变形监测的加速度实时重构动态位移算法

针对现有加速度积分算法实时处理困难、存在漂移误差的问题,构建一种基于递归高通滤波器的加权滑动均值滤波方法。利用递归高通滤波器降低原始加速度与积分所得位移的低频误差,通过加权滑动均值滤波器消除两次积分过程中残余误差引起的趋势项,基于频域积分使用先验数据求取最优滤波参数,实现利用加速度数据实时重构桥梁的振动位移。多组模拟数据和两组实测数据测试结果表明:在保证实时解算的条件下,重构动态位移精度均优于1mm。研究结果表明该方法具有较高的精度,可为桥梁振动实时变形监测提供新方案。

基于零初值的测试加速度积分速度与位移的方法

在地震工程、结构振动控制和结构健康监测等研究领域,结构在振动过程中的位移和速度对科学研究和实际工程应用都具有重要意义.由于技术条件及环境因素限制,测试过程中获得的大多为加速度响应信号,需要通过积分获得速度及位移.但是由于初始条件的缺失,导致了测试加速度信号在积分速度和位移过程中产生明显的漂移现象.为解决此问题,本文利用结构的振动规律,在稳态振动阶段寻找速度和位移的零点,并以此作为初值进行积分,最后利用趋势项处理去除零点确定误差产生的漂移.本文数值模拟了单自由度体系和多自由度体系在简谐振动和地震动作用下的结构振动响应,并比较了计算值与准确值的最大相对误差;最后,将该方法应用于5条具有代表性的真实地震动记录,与给出的地面速度和位移进行比较,结果显示在极值处的最大相对误差均小于3%,表明该方法具有较高的计算精度和实际应用价值.

振动加速度数值积分的Lagrange多项式拟合方法

在机械设备的振动监测中,通过对加速度信号的积分来获得速度和位移是振动分析的常用方法,如何提高积分的精度则是其关键之所在。首先分析梯形积分法和Simpson积分法在低采样频率下的位移结果的误差规律,提出可用于加速度积分的Lagrange多项式拟合积分法。该方法采用移动窗法截取三个信号值建立Lagrange二次拟合多项式,并对该多项式进行积分,推导出可以方便编程的计算公式。其次,从Lagrange多项式插值角度得出相邻两个采样值时间中点处的计算值,代入Simpson公式后化简所得公式与文中所提方法计算公式一致。最后,对二自由度弹簧质量模型仿真信号和三层刚架模型实测振动加速度信号进行积分计算。对比结果表明,在低采样频率情况下,该算法精度高于梯形法,并能保持原有采样频率,实时性较强。

边坡振动台模型实验动位移的加速度时程积分探讨

受数据采集条件限制,振动台模型实验的速度和动位移时程一般由实测加速度时程信号进行积分得到。通过理论分析和实验实测数据计算,认为动位移的频域积分法误差来源是低频截止频率的选取,特别当低频频率接近零时,传统二阶频域积分可产生较大的动位移低频振荡和峰值误差。提出利用时域与频域混合的方法,即频域-时域混合积分法,来克服积分过程带来的误差,其在对加速度两次积分中,分别进行一次频域积分和一次时域积分。地震模拟振动实验的台面实测加速度数据积分与台面动位移计实测数据的对比表明,较之传统的二阶频域积分,采用频域-时域混合积分时误差可明显减小。

基于压电式加速度计的弹丸初速存储测试系统

针对内弹道过程具有高温、高压、时间短、速度变化快,同时伴随着剧烈的冲击与振动的特点,系统选用Kistler公司的8742A10型压电式冲击加速度传感器,采用CPLD作为控制核心,实现对弹丸内弹道加速度高速采样存储,经积分计算弹丸初速,进而评估内弹道加速度积分法测弹丸初速的测量精度.分析了系统的关键技术和算法精度.试验结果表明,该系统测速精度为0.93%,满足弹丸初速存储测试的要求.

基于加速度校正的油气悬架系统位移特性分析

对矿用车辆油气悬架系统进行运行工况下的测试及分析。分别在悬架缸上、下侧布置4路加速度传感器,在悬架缸活塞腔设置2路压力传感器,通过加速度传感器以及FFT-DDI技术得到悬架缸的位移时程曲线,通过压力传感器得到车辆负载的变化,并实测悬架系统的位移特性。结果表明,油气悬架刚度具有明显的非线性,在随机路面激励的作用下,刚度随负载的变化幅度并不大,车身高度随负载的变化很小,可极大地提高车辆的通过性能。

基于MEMS加速度传感器的位移测量系统

针对运动载体位移智能化精确测量问题,基于MEMS加速度传感器设计了一种体积小、可靠性强、适用于较长距离的位移测量系统。首先分析了利用加速度进行位移测量的原理和误差,设计了加速度数值积分的多项式拟合算法,然后设计了测量系统硬件电路,最后对系统进行了直线滑轨平台测试,实验表明该测量系统位移测量最小误差可达0.3%,满足实际工程需求。

基于ADXL355加速度传感器的人体呼吸位移测量

目的 :探索高精度加速度传感器用于人体呼吸位移测量的可行性。方法 :以高精度加速度传感器ADXL355为核心器件,设计低功耗、高精度无线加速度采集系统。结合呼吸运动的频率特征,基于加速度二次积分可计算位移的原理,设计2种准周期微弱运动的位移测量算法。结果:仿真实验表明,设计的二次加速度积分呼吸位移求解算法有效。实验结果表明所设计的采集系统和算法能够计算出人体的呼吸位移。结论:高精度加速度传感器可用于人体呼吸位移的测量,为人体呼吸位移测量提供了新方法。

加速度基线漂移时域处理方法的对比研究

工程系统中常采用测试加速度信号以获取物体振动速度或者位移,而加速度信号中不可避免的噪声信号则会导致积分速度和位移的基线漂移问题,从而导致真实信号的失真,严重时甚至完全掩盖真实信号的数值。文中在时域范围内系统性地对比研究了常见的4类针对这一问题的处理方法,分析了各类方法的基本原理和对某加速度信号样本的处理结果,指出了各类方法的局限性。在此基础上,文中于时域内提出了Iwan-EMD方法,并利用仿真信号验证了该方法的合理性。

基于加速度信号的纵跳力学参数计算

目的使用加速度传感器信号计算纵跳的离地速度、纵跳高度,并对纵跳高度与爆发力进行回归分析。方法嘱受试者佩戴爆发力测试仪和含有加速度传感器模块的仪器纵跳10次,记录其纵跳过程中的离地速度、纵跳高度、爆发力以及加速度信号,使用加速度信号积分计算离地速度、腾空时间,使用时域积分计算纵跳高度及纵跳高度非线性拟合爆发力。结果使用积分法计算离地速度的误差为5.9%,使用腾空法和积分法计算纵跳高度的误差为14.0%和8.2%。对纵跳高度与爆发力进行回归分析,误差为6.2%。结论使用加速度传感器信号计算和拟合人体运动参数,结果误差较小,可以用于人体运动的检测,也可以为日常人体锻炼监测设备的设计提供参考。

基于油田示功仪的加速度信号处理方法

本文给出了一种将油田示功仪中测量到的加速度信号进行处理得到位移数据的方法。提出了利用FIR数字滤波器,对平滑滤波后的加速度进行处理,实现了对加速度传感器干扰振动信号的滤除,再利用加速度双重积分算法得到位移数据的处理方法。实验结果表明,使用平滑滤波、FIR数字滤波基础上的加速度双重积分算法得到位移数据的方法可行,系统示值相对误差小于2%,满足工程实践的需要。

基于趋势项误差控制的频域积分算法研究与应用

针对工程测试中利用振动加速度积分获得位移时出现严重趋势项误差问题,采用低频衰减算法对加速度信号在频率内直接积分,并利用积分精度控制方程保证积分精度。通过与积分算法比较及验证,证明该算法对积分误差控制具有一定优势。搭建含限位冲击的振动测试实验台,研究该算法在工程测试中应用特性。实验研究表明,该算法可有效控制趋势项误差,且随待积分加速度基频提高积分所得位移信号与真实位移信号吻合度提升。基于所用测试系统,加速度信号基频超过3.8 Hz时积分幅值误差小于10%,满足工程测试需要;加速度基频大于4.35 Hz时积分峰值误差小于5%,可获得较好测试效果。

用于火箭炮炮口振动测量的机械滤波器设计

为了减小火箭炮炮口振动测量时应力波的干扰,设计了一种机械滤波器。通过对组建的落球试验系统进行试验,验证了应力波会影响加速度传感器的测量结果,解释了机械滤波器的滤波机理。通过扫频试验研究了机械滤波器的频率响应特性,其频率响应特性与理论计算相符合。通过对比分析加速度传感器在安装和未安装机械滤波器两种情况下所采集的振动加速度的时域、频域信号,结果显示机械滤波器在火箭炮炮口振动测量中有着良好的滤波效果。对加速度的积分运算表明机械滤波器在一定程度上提高了振动测试的精度,火箭炮振动测试时安装机械滤波器是有必要的。

导轨直线度惯性测量的时空一致技术

针对数控机床需长期检测精度及单一传感器测量信号无法与导轨空间对应的问题,提出了一种导轨直线度惯性测量的时空一致技术。建立了正弦叠加形式的导轨直线度误差模型,基于导轨直线度误差空间频率,采用一种多速测量方案消除了导轨倾角误差并截取了对应频率的误差信号。将限位传感器作为采集卡的同步触发器,实现了导轨直线度误差时空一致性测量。与激光干涉仪和相位延迟测量数据的对比验证了所提测量方法的准确性与有效性。