基于迭代广义同步压缩变换的时变工况行星齿轮箱故障诊断

同步压缩变换在分析频率恒定的单分量信号时改善时频可读性的效果显著,而在分析多分量频率时变信号时存在时频模糊现象,为了解决这一问题,提出迭代广义同步压缩变换方法。通过迭代广义解调分离出各单分量成分,并将时变频率变换为恒定频率。应用同步压缩变换精确估计瞬时频率和时频分布幅值。将各单分量的时频分布叠加获得信号的时频分布。该方法有效改善了同步压缩变换在分析频率时变信号时的时频可读性,并且将其推广应用于多分量信号。应用该方法有效识别了时变工况下行星齿轮箱振动信号的频率组成及其时变特征,准确诊断了齿轮故障。

基于同步压缩广义S变换的发动机故障诊断

为提高发动机故障诊断准确率,提出了基于同步压缩广义S变换(synchrosqueezing generalized S-transform,简称SSGST)与中心对称局部二值模式(center-symmetric local binary patterm,简称CSLBP)的故障诊断方法。首先,针对信号时频分析中的能量泄露、频谱涂抹、频带混叠和时频分辨率较低的问题,基于同步压缩算法与广义S变换提出了SSGST,对缸盖振动信号进行时频分析得到时频聚集性较高的二维时频图;然后,利用CSLBP提取缸盖振动信号时频图的纹理谱特征,并将其输入交叉验证寻优的核极限学习机对发动机进行故障诊断。实验结果表明,SSGST的能量聚集效果好,时频分辨率高,各频带分布较窄且不存在混叠,能够有效分离出非线性混合信号中的各频带分量;时频图的CSLBP纹理谱特征维数较低,且具有良好的类内聚集性和类间离散性;利用交叉验证寻优的KELM对故障特征进行分类,实现发动机故障诊断,获得了较高的诊断速度和精度。

基于广义交叉阈值同步压缩小波的超声信号特征提取方法

利用超声无损检测技术,对轴的表面裂纹检测时,微小裂纹回波信号常常会被各种噪声掩盖,造成裂纹无法识别和定位。为解决这一问题,提出采用广义交叉阈值同步压缩小波变换方法对超声回波信号进行分析,从时频域中识别裂纹回波信号特征并进行定位。该方法在同步压缩小波变换基础上,利用广义交叉验证估计降噪的阈值水平,不依赖于任何先验知识。具体地,通过添加基于峭度测量的预处理步骤和基于自适应硬阈值处理的后处理步骤,提高了阈值处理的效率和时频域内的降噪效果,从而实现了噪声与特征信号的有效区分。将该方法应用于轴表面微小裂纹超声回波信号的特征识别,并与连续小波变换的结果进行了对比,结果表明所提出的方法能够更精确地识别裂纹并提取裂纹出现时间点,进而判断微小裂纹的具体位置。

广义参数化同步压缩变换及其在旋转机械振动信号中的应用

广义参数化时频分析通过构造匹配的参数化变换核,能够有效提高强调频信号的时频能量聚集性。然而,受短时傅里叶变换中窗函数结构的影响,利用该方法获得的时频能量分布在真实瞬时频率附近始终存在能量扩散现象。同步压缩变换利用同步压缩操作可将短时傅里叶变换处理后的时频能量压缩至真实瞬时频率位置,然而,同步压缩变换仅适用于分析频率成分恒定的纯谐波信号。以短时傅里叶变换为纽带,将两种时频分析方法相结合,提出了广义参数化同步压缩变换。考虑到旋转机械振动信号多为多分量信号,通过迭代处理的方式,依次获取各单分量信号的时频能量分布,对其进行叠加得到最终的时频能量分布。通过数值仿真以及变转速下转子不对中、滚动轴承外圈故障模拟试验验证了所提方法的有效性。

井炮同时震源混叠数据分离技术

在地震勘探中,随着炮道密度的快速提升和大块三维的不断部署,海量的炮工作量对井炮“交替式”激发效率提出了严峻挑战,同时震源技术是提高井炮激发施工效率的有效方法,但存在混叠数据分离的难题。为了解决该难题,对混叠地震数据进行稀疏变换,分析稀疏域中有效信号与混叠噪声在连续性方面的特征差异,以此为基础,开展基于广义同步压缩曲波变换和最小二乘匹配滤波的井炮同时激发混叠地震数据的分离方法研究。广义曲波变换消除常规曲波变换产生的拖尾效应,为混叠地震数据提供了精细的多方向和多尺度分解,同步压缩方法用于精准地重新分配各向异性局部波矢量的能量,广义同步曲波变换以更佳的分辨率和更高的保真度分离有效信号和邻炮干扰噪声,以最小二乘匹配滤波为正则项约束,保证在滤除噪声的同时保护有效信号。数值模拟和实际地震单炮模拟混叠数据分离测试结果表明,与矢量中值滤波方法相比,该方法能够更好地分离混叠地震数据,能较好地保护有效信号。利用缩短井炮激发时间间隔的高效激发方式在SH三维工区进行了混叠高效采集试验,混叠数据分离后的成像效果与常规逐炮激发资料的成像效果相当,验证了井炮同时激发混叠数据分离技术的可行性。研究结果表明,井炮同时震源能够大幅度提高野外放炮效率,缩短野外地震激发时间间隔,经过室内数据分离处理,得到与常规井炮逐炮激发同等质量的地震数据。

基于AWSST和GCV的矿山微震信号联合降噪新方法

由于露天矿山开采环境的复杂性和各异性,传感器采集得到的微震信号包含大量的噪声干扰,为了获得更加准确的微震信号特征,提出了基于自适应同步压缩小波变换(Adaptive Synchrosqueezing Wavelet Transform,AWSST)和广义交叉验证(Generalized Cross-Validation,GCV)的联合降噪方法,从而对微震事件定位和判断开挖过程中岩体状态提供可靠的数据保障。首先在自适应小波变换(Adaptive Wavelet Transform,AWT)的基础上,对每个尺度中的小波系数进行阈值化处理,利用GCV方法自动确定每个成分的最佳阈值水平,达到去除噪声的目的。然后,通过同步压缩变换(Synchrosqueezing Transform,SST)的后处理操作,在时频平面对小波变换系数进行二次重分配,从而提升时频表达的能量聚集性。最后,应用于微震信号的降噪处理,并与现有的时频分析方法进行比较,结果表明提出的联合去噪方法降噪效果更好、时频分析的分辨率更高。

无转速计下变工况滚动轴承故障特征量化表征提取

无转速计下变工况滚动轴承振动信号中各信号分量来源难以确定以及瞬时转频准确估计困难,而现有大多数研究依赖于已知转速并关注于时变冲击带来的频谱畸变,鲜有在无转速计变工况下开展轴承故障特征提取探究。提出无转速计下变工况滚动轴承故障特征量化表征提取方法,从振动信号希尔伯特包络中提取轴承故障特征,为定量描述各振动包络分量间关系,提出基于来源假设的特征模型与量化表征方法,利用同步压缩小波变换的时频重排与可重构特性,基于最大能量与最小曲率准则依次估计多时频脊瞬时频率,为降低广义解调后振动包络中干扰分量对量化结果的影响,提出基于选择性重构与广义解调的变工况下干扰抑制与平稳化重置方法。将所提方法用于仿真信号以及轴承振动数据分析,10 k长度信号包络分量在不同来源假设下的特征提取用时约为3 s,同时在无转速计下实现了对2 s内转速变化分别约为300 r/min和200 r/min的内圈故障轴承以及复合故障轴承的特征提取。