包络幅值解调在精轧机齿轮故障诊断中的应用

一、问题的提出 精轧机是高速线材厂关键设备之一,它的运行状况直接关系到生产的正常运行和企业的经济效益.包钢线材公司的精轧机由美国摩根公司进口,主要包括辊箱和锥箱两大部分,辊箱中有4对齿轮,锥箱中有一对螺旋伞齿轮.由于辊箱和锥箱的齿轮轴起着不同的作用,当齿轮发生故障时,判断是哪一根轴的齿轮至关重要,它影响到设备管理人员设备检修的决策.包钢线材公司的每架精轧机与地面成45°,相邻两架成90°,测振时在精轧机处测得的振动信号,既有齿轮的振动,又有轴承、联轴器、齿轮箱的振动,相邻机组的振动以及周围环境的噪声.而利用包络幅值解调分析,能够准确地对故障齿轮进行诊断定位.对包钢精轧机的故障诊断实践,证明这种方法是切实可行的,取得了较好的效果.

基于码元包络幅值提取的网络入侵检测算法

为了提高无线网络对移动终端高级持续性入侵检测的准确性,提出基于码元包络幅值提取的无线传感网络移动终端高级持续性入侵数据检测算法。构建无线传感网络的码元传输信道分布模型,提取无线传感网络传输流量序列的码元包络幅值特征量,根据码元包络幅值特征提取结果进行融合聚类处理,采用大数据信息融合和关联规则挖掘方法进行无线传感网络移动终端高级持续性入侵检测。仿真结果表明,采用该方法进行无线传感网络移动终端高级持续性入侵检测的准确性较高,抗干扰性较好,提高了网络的安全性。

基于奇异值分解理论的钢轨断裂检测方法

为了检测出钢轨断裂点的准确位置,首先基于传输线理论建立钢轨断裂时的机车分路电流幅值包络仿真模型,分析了钢轨断裂对分路电流幅值包络的影响,然后利用对分路电流幅值包络进行多分辨奇异值分解后细节信号的奇异性特征检测钢轨断裂点的准确位置。实验结果表明,该方法可以有效检测出不同断裂点等效阻抗值下钢轨断裂点的准确位置,从而弥补了目前监测方法的不足。并且该方法的数据可以由机车自身的记录器提供,不需要增加其他检测设备,因此能够在降低检测成本的同时能满足检测及时性方面的要求。

爆破微差延时的EMD识别法

EMD(Empirical Mode Decomposition)方法是基于信号的局部特征的信号分解方法,能把复杂的信号分解为有限的具有物理意义的固有模态函数(Intrinsic Mode Function),它自适应性强且非常适合处理非平稳信号。文章提出了爆破微差延时的EMD识别法,并以某工程中的微差爆破监测到的爆破振动信号为例,利用EMD法将爆破振动信号分解成IMF分量,再通过Hilbert变换提取IMF主成分分量的包络幅值来达到识别实际微差延时的目的。

阿拉善左旗5.8级地震前地脉动信号特征分析

本文针对2015年4月15日发生在南北地震带北端的阿拉善左旗5.8级地震,利用乌海台、东升庙台、石嘴山台的连续数字地震波形资料,采用快速傅里叶变换对三个台站的2015年4月1日00时—4月15日23时波形数据进行分析,并持续跟踪0~0.25 Hz包络幅值极大值的变化形态。结果显示:(1)在5.8级地震前,震中附近的乌海地震台、东升庙地震台、石嘴山地震台记录的地震波形均出现频谱向低频偏移的现象;(2)三个台站出现低频异常的包络幅值极大值跟踪形态不一致,其中只有乌海台在震前出现明显的持续不稳定异常,异常持续时间约120h;(3)三个台站距离震中由近及远包络幅值极大值的跟踪形态差异明显。

基于改进EMD的爆炸微差延期时间尺度识别及应用

经验模式分解(EMD)具有高度的自适应性,但是存在较大的端点效应。为此提出利用支持向量机-镜像延拓法对其端点效应进行处理,实际效果良好。提出了爆炸微差延时的改进EMD时间尺度识别法,并以某工程中微差爆炸监测到的爆炸振动信号为例,通过改进的EMD时间尺度法对监测得到的爆炸振动信号进行分解,从而获得多个固有模态函数(IMF)分类;然后通过Hilbert变换提取这些IMF中占主成分的IMF分量的包络幅值,进而达到识别实际微差延时的目的。该方法为爆炸延期参数设计提供了分析手段。

基于PH乘子算法优化的Lamb波成像研究

针对铝薄板的Lamb波缺陷检测,提出了一种基络幅值的导波缺陷成像及其优化方法。将稀疏压电陶瓷传感器(piezoelectric ceramic transducer,简称PZT)阵列作为收发装置产生激励信号和采集导波信号,利用健康信号与缺陷信号的差信号,提取出含有缺陷位置信息的包络曲线。引入了包含有位置权重矢量的因子以突出缺陷像素点的特征,借助适当的罚函数,从而将提高导波成像质量问题转换为求解一系列无约束优化求解问题。应用鲍威尔-赫斯廷斯(Powell-Hestenes,简称PH)乘子算法确定了增广目标函数,实现了权重矢量优化,提高了成像质量。实验结果对比表明,该成像算法对铝板中缺陷的定位误差小,成像直观清晰并且缺陷识别明确,实现了导波成像的优化处理。

基于连续小波变换的厚壁管道周向导波扫描成像试验研究

采用周向导波用于厚壁管道中的缺陷扫描检测。基于连续小波变换提取特定频率下小波系数包络信号用于厚壁管道缺陷成像。试验中斜探头以步长为2 mm轴向扫描检测轴向缺陷,得到斜探头晶片覆盖轴向缺陷不同程度时的检测信号。截取包含缺陷回波和周向回波的信号并得到频率点500 kHz的小波变换系数包络信号,与频散曲线对比分析得到检测信号主要为周向类Lamb波模态CL3。进一步利用不同扫描点处检测信号的连续小波变换系数包络信号并进行幅值包络成像。利用该幅值包络成像重构得到轴向缺陷并有效确定该缺陷的长度。基于连续小波变换得到的特定频率点处幅值包络信噪比较好,且成像结果具有较高的聚焦性。因此,利用基于连续小波变换的幅值包络成像方法可提高检测信号识别以及缺陷识别能力。

汉语耳语音库的建立与听觉实验研究

耳语音的识别和转换是个全新的课题,可应用于公共场合下的通讯和公安司法工作的某些特殊需要等方面.首先建立了一个包含1172个字和98个近音词的单人女声的汉语耳语音库.通过对两个听觉测试实验数据的统计分析,研究了人耳对汉语耳语音字和近音词声调的辨认率特征,得出人耳对孤立字四个声调的辨认率由高到低的排序为三声>四声>二声>一声.同时也得出人耳对词声调的辨认能力比字要强得多.幅值包络和音长这两个特征参量能够反映出汉语耳语音声调的特性,基于此参数对汉语耳语音字进行声调识别实验,其声调识别率已达到了人耳的平均辨认率,为连续耳语音声调识别研究打下了基础.

耳语音声调特征的研究

介绍了耳语音的声学特性,在没有基频的情况下,通过人耳听觉实验验证了孤立的耳语音节是带有声调信息的,并得出幅值包络和音长都是耳语音声调的重要特征。

采用相控阵方法的结构螺钉松动监测成像研究

相控阵监测成像方法是结构健康监测领域中一个新的发展方向,通过控制信号的时间延迟控制信号的波束指向,从而监测复合材料结构中的损伤。将相控阵理论用于碳纤维复合材料航空结构中对螺钉松动进行监测并成像,分析螺钉松动情况下散射信号特点,采用相控阵原理控制信号的时间延迟使其聚焦,增强响应信号的信噪比,提高监测系统的稳定性。将监测结果按照信号的幅值包络采用二维灰度图像的形式直观显示。该方法在碳纤维复合材料机翼盒段试件上针对螺钉松动进行实验分析,验证相控阵监测成像方法的正确性和实用性。

基于轴承摩擦力的滑动轴承摩擦故障监测方法

针对声发射(Acoustic Emission,AE)难以监测大型机械滑动轴承摩擦故障的问题。从轴瓦摩擦力学模型出发,分析摩擦故障发生时轴与轴承摩擦力的作用形式,通过AE信号均方根计算轴与轴承的摩擦力,并用于滑动轴承摩擦故障监测。鉴于滑动轴承摩擦故障信息微弱的特点,对AE信号幅值包络,增强摩擦脉冲的信息;再引入钟形脉冲函数识别摩擦故障脉冲,简化了轴瓦摩擦力的计算公式。最后通过实验模拟了驱动轴升速、加载以及轴瓦切断供油的过程,与AE传统特征相比,轴承摩擦力特征对轴承摩擦故障更敏感,方法更有效,更适合滑动轴承摩擦故障的状态监测。

声表面波式小波变换处理器衍射问题的研究

传统声表面波式小波变换处理器存在衍射问题。该文通过改变叉指换能器结构的方法解决衍射问题,即输入换能器存在衍射问题区域的指条采用宽度加权;不存在衍射问题的区域结构不变。推导了实现新结构无衍射问题的声表面波式小波变换处理器的函数关系。在压电基片材料X-112°YLiTaO3上设计和制作了尺度2-1和2-2两种声表面波式小波变换处理器样品。通过数值计算和测量,论证了新结构声表面波式小波变换处理器不存在衍射问题。

迭代能量算子机械故障诊断研究

旋转机械元件的故障振动信号通常为多分量调幅调频信号,针对此类信号的故障特征提取问题,介绍一种基于迭代能量算子的机械故障诊断方法。首先阐述迭代能量算子对多分量信号的各分量信号进行幅值包络提取和平滑瞬时频率估计的基本原理;然后通过仿真试验给出与Hilbert-Huang变换的比较,表明该方法解调精度很高且速度较快;最后给出滚动轴承故障诊断实例,证明基于迭代能量算子的多分量调幅调频信号解调方法能有效地提取机械故障振动信号的故障特征。

钢轨断裂对分路电流影响的研究

为了分析轨道电路断裂态下机车分路电流幅值的变化规律,通过分布参数模型法建立了ZPW-2000A轨道电路断裂态等效数学模型,利用MATLAB软件仿真分析了不同道砟电阻、断裂点位置及断裂点等效阻抗变化对机车分路电流幅值包络的影响。仿真结果表明道砟电阻、断裂点位置和断裂点等效阻抗主要对断裂点之前的分路电流幅值包络影响较大,且分路电流幅值包络曲线在断裂点处总存在突变点,该模型可区分补偿电容断线和补偿电容处钢轨断裂。该数学模型可以为钢轨断裂的检测提供新的思路和理论依据。

考虑轨面设备的无绝缘轨道电路道砟电阻回归测量方法

针对无绝缘轨道电路中因补偿电容和调谐区单元等轨面设备影响而难以准确测量道砟电阻的问题,提出由轨面电流幅值测量、参数拟合和回归计算3部分组成的道砟电阻回归测量方法。根据传输线理论,构建轨面电流幅值包络模型,分析道砟电阻、补偿电容和调谐区设备对轨面电流幅值的影响规律;对轨面电流幅值进行指数拟合,得到不同道砟电阻所对应的衰减因子,构建衰减因子与道砟电阻的回归计算式;基于人工方式实地测量的轨面电流幅值,回归计算得到道砟电阻;通过轨道电路半实物仿真实验平台,对该测量方法分别进行功能验证和性能验证。结果表明:功能验证中,仅测量指定3个位置点的轨面电流,即可较为准确地估算出道砟电阻,绝对误差为0.08Ω⋅km,相对误差为4.04%;性能验证中,计算得到道砟电阻的最大绝对误差仅为0.157Ω⋅km,对应的相对误差为7.9%,且测量结果受补偿电容和调谐区设备故障的影响较小。

带多充液圆柱箱航天器姿-轨-液耦合系统参数灵敏度分析

本文建立了带多充液圆柱箱航天器姿-轨-液耦合系统的全模态化动力学模型和一阶状态微分方程,构建了一种具有较高计算精度的半解析计算体系.针对该类耦合系统的动力学状态方程为典型非线性时变系统的特点,且考虑运用理论分析方法对系统进行参数灵敏度分析时所存在的困难,利用数值差分法,对带多充液柱箱航天器的姿-轨-液耦合系统进行参数灵敏度分析,并提出了利用幅值包络图描述系统响应函数灵敏度的方法.依据计算结果,给出耦合系统中各类参数对系统动态性能的影响因子,为指导实验分析和实际工程设计与计算提供一定的理论参考.

基于生成微分方程的行星齿轮箱故障振动信号解调分析

行星齿轮箱振动信号具有明显的调制特点,幅值解调和频率解调分析能够有效提取其中的故障信息。生成微分方程(GDE)方法可以估计调制信号的幅值包络和瞬时频率,实现解调分析,但该方法需要信号满足单分量要求。实际行星齿轮箱振动信号通常由复杂多分量成分组成,为实现信号的幅值解调和频率解调分析,应用经验模式分解(EMD)将信号分解为单分量本质模式函数,基于生成微分方程计算瞬时频率和幅值包络,根据瞬时频率的波动特点选择本质模式函数作为敏感分量,由敏感分量的包络谱和瞬时频率的Fourier频谱识别故障特征频率。通过行星齿轮箱故障模拟实验数据分析验证了解调分析方法的效果。

基于连续小波变换的薄板损伤空气耦合兰姆波成像检测

针对铝板采用空气耦合超声探头激励出A0模式的兰姆波,在含有损伤的铝板同一侧激发和接收并以步进1 mm进行扫查试验。对扫查接收信号进行连续小波变换,提取400 kHz频率下的小波系数包络信号,识别了激励兰姆波的模态。最后利用不同扫描点处接收信号的连续小波变换系数包络信号进行幅值包络成像。结果显示,基于连续小波变换得到的特定频率处幅值包络信号信噪比较好,且成像结果具有较高的聚焦性。

仿人工模拟自然地震波的方法模拟爆炸地震波

基于自然地震波的模拟方法,对其幅值包络函数模型和功率谱模型进行了改进。提出了能够考虑装药量和爆距影响的爆炸地震波的幅值包络函数模型和功率谱模型,并且利用实测的爆炸试验数据对模型参数进行标定。模拟结果表明,得到的爆炸地震波时程能够很好的再现爆炸地震波的一些特性。