模态分离法在拱桥动载试验中的应用

丹东月亮岛拱桥为一座钢管混凝土系杆拱,因为拱肋较高,在上面布设测点困难,只对主梁进行了夜间天然脉动测试,而后结合有限元动力特性理论计算数据,应用模态分离法依然获得了大桥的实际动力特性。本文介绍方法可为同类情况下的实桥测试提供参考,获得的大桥频率、振型和冲击系数等动力特性,可以为大桥通车和运营提供依据。

弯曲导波模态分离与频散补偿研究

为减少超声导波多模态和频散特性对管道缺陷检测应用时的不利影响,研究弯曲导波模态分离和导波频散补偿的方法。首先将导波信号进行时频分析,并与理论计算的时频曲线进行对比,确定信号中的各个模态,然后将各个模态信号进行频散补偿处理,最后将频散补偿后的信号相加,得到最后的结果。管道缺陷检测实验表明,由多模态和频散特性产生的多个波包可由STFT方法识别出每个波包所属的模态,经频散补偿后多个波包可对应在同一缺陷位置。实验证明导波信号经模态识别、分离和频散补偿后更利于缺陷的识别和定位,同时该方法也为弯曲导波的应用提供理论基础。

基于稀疏表示的兰姆波模态分离方法研究

针对超声阵列检测过程中兰姆波的频散和多模态特性带来的信号分析困难问题,提出了一种基于稀疏表示的兰姆波模态分离方法,并将其应用于金属板结构兰姆波模态分离中。根据S;和A;模态兰姆波在时域上的波形差异,研究S;、A;单模态字典和复合字典的构造方法,将待测信号在复合字典上进行稀疏分解,采用带相干性准则的最小角回归算法求解稀疏系数,从多模态信号中提取S;、A;单模态信号。将所提出的方法应用到仿真和实验信号分析中,结果表明,该方法可以很好地实现检测信号中单模态兰姆波信号的提取。研究工作有助于解决金属板结构中多模态兰姆波的模态分离问题。

基于模态分离算法的管道焊缝缺陷周向定位研究

针对管道焊缝质量的检测问题,研究了一种基于超声导波的管道环焊缝缺陷周向定位方法,可快速确定管道焊缝中的缺陷周向位置。该方法基于超声导波模态分离算法,分离出焊缝回波信号中的对称、非对称模态,提取对称、非对称模态峰值,并利用非对称模态与焊缝中非对称缺陷的对应关系,确定缺陷所在周向位置。通过试验验证了该方法的正确性,并总结出可检测缺陷的范围。

基于模态分离算法的管道焊缝缺陷模拟

在温度、压力、介质腐蚀、振动等影响下,在役工业管道焊缝内部的小缺陷易发展成裂纹,对管道安全运行产生危害。在模态对称分离算法检测单焊缝管道缺陷的基础上,基于L(0,2)模态导波进行数值模拟,分别以前焊缝缺陷对称面、弯管对称面为纵坐标建立新的笛卡尔直角坐标系,根据对称原理,易于提取缺陷特征。模拟结果表明,非对称幅值与裂纹深度呈指数函数关系,该方法可以实现双焊缝和弯管焊缝缺陷的识别和定量。

基于模态分离技术的3×n阵列式低频宽带压电振动发电机的设计研究

针对传统压电发电机固有频率单一,频率采集范围窄和能量采集效率低等缺陷,且无法满足当前无线传感器在特殊工作环境中所需的宽频带和大功率输出.本文基于模态分离技术提出了一种3×n阵列式压电发电结构,并利用COMSOL有限元仿真软件对其进行仿真分析,优化参数后3×5阵列式采集系统在低于50Hz的频率范围内带宽为15.6Hz.实验测试结果发现3×5阵列式发电机的带宽拓宽至13.8Hz;同时在11Hz的共振频率下,最优负载电阻值为350kΩ时,可获得的最大输出功率为2.12mW;最后测试其半功率(1.05mW)带宽达15.3Hz.本文所提出的模态分离技术使阵列采集系统的带宽明显提高且输出功率增大,这个优异的输出性能使得其在多源、宽频振动环境中具有明显的优势.

基于模态分离的圆管裂纹超声导波无损检测

针对传统的导波检测信号处理方法对微小缺陷不敏感的问题,利用轴对称导波在遇到不对称结构时会转换为弯曲模态的特性,基于不同模态其振动幅值和相位也不同的原理,通过对混合模态数据进行特征匹配实现对混合数据的分类,进而将各模态的数据分离;以某一特定参数的圆管为例,通过有限元仿真对此方法进行验证。试验结果表明,回波信号中的各弯曲模态都能够被很好的提取,利用分离出来的模态数据能够很好地判定空心圆管中缺陷的存在性和轴向位置,表明该方法能够对圆管中存在的微小缺陷进行检测和定位,为传统线性超声导波检测微小缺陷提供了新的方法。

基于模态分离两道法处理多道面波数据的试验研究

目前,关于瑞雷面波勘探的表面波谱分析法(SASW)和瞬态多道面波分析法(MASW)的理论研究和工程应用较多。但是两种方法各有优缺点,因此,本文综合两种方法,采用基于模态分离两道法(相位差法)对多道面波数据进行处理,提高了多道面波勘探的横向分辨率,同时又得到了多道地震排列中心点处更精确的频散曲线,可为反演提供更高精度的频散曲线。试验证明:通过对一炮12道面波数据处理,可同时得到地震排列较浅层二维速度剖面和该地震排列中点处高精度一维横波速度结构,在一定深度范围内反演结果可代替钻孔。该方法可作为能同时提高多道面波勘探的横向分辨率和垂向精度的一次试验性研究,本次试验研究可为解决实际地质问题提供试验技术的支持,在实际工程测试中,可大大提高多道面波信号的利用率。

基于频域分解法正交模态分离的阻尼比识别研究

频域分解法是一种频域模态参数识别方法,因其操作简单、抗噪声能力强而被广泛使用。虽然频域分解法对于振型和固有频率有着较高的识别精度,但是对于阻尼比的识别精度不够高,其原因是在多自由度结构下,求解阻尼比需要将固有频率窄带范围内的最大奇异值数据傅里叶逆变换到时域,并通过对数衰减法求解阻尼比,而窄带范围的数据很可能会受到其他阶模态的干扰,进而影响阻尼比的识别。因此提出了正交模态分离频域分解法识别结构的阻尼比。首先,通过结构响应计算出结构的输出功率谱矩阵,并使用频域分解法识别结构各阶固有频率和振型;然后,将识别出的固有频率和振型代入计算公式,使用振型正交等方法将各阶模态分离,并计算出各阶模态的增强输出功率谱函数,通过增强功率谱在频域计算出结构各阶的阻尼比;最后,在数值算例中对比了频域分解法以及正交模态分离频域分解法的阻尼比识别结果,并将理论应用于实桥的测试中,计算出该桥梁的前4阶阻尼比。结果表明:该方法可以将多阶输出功率谱矩阵分离成多个单阶的增强输出功率谱函数,并且通过分析增强输出功率谱函数的曲线直接在频域计算出结构的阻尼比,避免了在阻尼比识别中不同模态的相互干扰以及频时域转化带来的影响,提高了阻尼比的识别精度。

基于模态识别与分离的铝板激光超声检测

用Nd:YAG激光器在2 mm厚的铝板上激发激光超声,通过激光反射镜偏转进行点阵扫描激励,用声发射传感器接收在铝板中传播的激光超声信号,通过信号放大和数据采集得到激光超声在铝板中传播的数据。对上述数据进行二维傅里叶变换得到了铝板中激光超声的模态分布和频率分布,接收到的激光超声是S0和A0两个模态多种频率的Lamb波。利用两个相同的探头对称地压紧在板的两个表面上,对两个探头接收到的信号进行相加和相减,可以将S0和A0模态分别提取出来。对单一模态的Lamb波再进行滤波,得到了窄频带单一模态的Lamb波。采用该方法实现了从杂乱的激光超声原始信号中提取出清晰的伤信号,并且得到了不同模态在不同频率范围的检测结果。

基于模态分解的最小方差模态滤波器

针对浅海的复杂水声环境,提出了一种基于模态分解的最小方差无失真响应(MVDR)的自适应模态滤波器,利用接收阵列的声场数据和声速梯度数据,估计了各阶简正波复幅度系数。最小方差模态滤波器提取声场某阶模态时,可以抑制其它模态和噪声的影响,减弱模态滤波器对阵列长度的依赖性及对噪声的灵敏度。通过计算机仿真研究了最小方差模态滤波器的性能,并与其它线性模态滤波器进行了对比,结果表明:该自适应模态滤波器比其它线性模态滤波器能更精确地估计各阶简正波复幅度系数,并且具有良好的环境适用性特点。

基于模态声发射的碳纤维增强复合材料损伤机制识别

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)损伤机制复杂、损伤声发射信号识别困难的问题,本文提出了一种基于模态分离方法的CFRP损伤信号识别分类算法,可实现CFRP损伤声发射信号的模态表征。首先,基于CFRP层合板模拟声源模态分析结果设计不同范围的数字滤波器,实现了声发射信号中的S_(0)、A_(0)模态分离;随后,根据纤维断裂和基体开裂单一损伤信号的模态特征,建立了损伤信号的识别分类算法,并验证了其对单一损伤信号的分辨率;最后,利用算法对层合板面内弯曲损伤信号进行分析,验证其在CFRP完整结构损伤信号识别中的有效性。结果表明,该算法在纤维断裂和基体开裂试验中的分辨率分别高达97.3%和92%,同时也实现了CFRP层合板的损伤过程表征,证明其可实现CFRP完整结构损伤机制的识别。

基于均匀圆阵的简正波模态分解

浅海波导海洋环境复杂,声波往往以简正波的形式进行传播。简正波的模态分离对于浅海波导中的目标探测与定位有着重要的意义。由于线阵在做模态分离时有着很大的局限性,本文结合简正波的传播特性基于均匀圆阵提出了一种简正波模态分离方法。首先应用圆阵对目标方位进行估计,结合方位信息利用模态域波束形成原理,做波数域上的波束形成,得到各阶简正波的模态强度并实现波数域上的模态分离。本文从理论上推导了圆阵上的模态域波束形成以及模态分离的过程,并用仿真对圆阵的模态分离方法进行了验证。仿真结果表明:该算法无需海洋环境条件作为先验知识,即可在波数域对模态进行分离,并能对水平波数做出较为准确的估计。

EMD分解盲源分离算法在振动筛故障诊断中的应用

振动筛广泛运用于工业领域,振动筛故障诊断研究有实际意义。以振动筛轴承故障为例,先估计振动筛轴承故障时的振动源数,再利用基于经验模态分解(EMD)的盲源分离(BSS)算法分析振动筛轴承的故障特征。

基于多模态波束方向特征的多模语音分离及识别

最近,研究人员开始探索不同模态之间的互补关系。由于视频信息对背景噪声和干扰说话者的自然免疫性,已经开发了音频-视觉语音分离技术。本文提出了一种基于多模态语音活动检测(Voice Activity Detection,VAD)和波束形成器的多模态波束方向特征(Multi-Modal Beamformed Directional Feature,MMBDF)。由于多模态VAD模型的鲁棒性,该特征可以提供目标说话者的鲁棒位置信息。此外,本文还提出了MMBDF的在线版本,以提高说话者移动时的性能。本文使用语音识别器性能作为评估指标,假设语音识别器是一个黑盒。模拟和真实数据集上的实验结果也证明了提出的多模态方向特征的有效性。

SVC抑制次同步振荡控制策略研究

次同步振荡(SSO)问题有可能造成发电机组轴系不稳定扭振甚至损坏发电机转轴,从而危及电力系统安全运行。基于EMTDC/PSCAD仿真平台,运用静止无功补偿器(SVC)来抑制次同步振荡,采用附加电压控制以及模态分离控制这2种控制策略,对这两种控制策略下的SVC抑制IEEE第一标准模型的次同步振荡效果进行了分析和比较。仿真表明2种控制策略均能抑制次同步振荡,总体而言,模态分离法较好。

涡旋电磁波无线通信技术的研究进展

由电磁动力学可知,电磁波可携带与极化方式相关的自旋角动量(Spin Angular Momentum,SAM)和与坡印廷矢量运动方式相关的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)。当OAM不为零时,电磁波的波前电场分布呈漩涡状且具有沿轴向传播的特性,人们形象地将这类电磁波称为涡旋电磁波。学界在平面电磁波场强数学模型的基础上引入了一个以OAM的拓扑荷(又称模态)为参数的傅里叶旋转因子描述涡旋电磁波的波前场,因此,涡旋电磁波波前具有与拓扑荷相关联的“极化”图案,利用不同模态的涡旋电磁波的极化图案可进一步提升无线通信系统信道容量。研究表明,在开放环境下由均匀圆阵列(Uniform Circular Array,UCA)阵列产生“平面”涡旋电磁波波束尽管可行,但要获得模态复用增益,需要探索基于复平面内单位圆周上分布的正交相位序列的涡旋电磁波波束产生与信息传输方法。文中也调研了无线射频领域OAM与MIMO体制相兼容的研究现状。

客车车内轰鸣声优化改进

基于传递路径分析和模态分离方法,优化响应点振动和传递路径,减少各中间环节响应,有效降低客车行驶轰鸣声,并提出降低客车行驶轰鸣声的设计思路。

基于BEMD的图像去噪

通过研究图像信号去噪的原理和过程,提出一种基于BEMD的图像去噪算法。首先利用BEMD方法对图像信号进行分解,然后对分解结果的频谱特性进行选择性的去噪。针对噪声和图像信号混叠,采用一种选取的阀值优于软阀值或者硬阀值的方法。去噪结果能充分保留图像信号本身所固有的非平稳特征,并具有自适应强和灵活、有效的特点。实验证明,该算法是一种比小波去噪法更有效的图像信号去噪方法。

兰姆波在裂纹处的模态转换及散射特性研究

该文采用散射矩阵表征兰姆波在缺陷处的模态转换和散射特性,研究了S0模态兰姆波与亚波长级槽形裂纹的交互作用。由板中导波模态位移场的特性,提出了只存在零阶模态时的模态分离方法。求解了S0模态在不同尺寸裂纹处的多模态散射矩阵。结果表明,S0模态入射到裂纹时,散射波动场周向分布不均,与入射角度相关;散射特征的强弱由裂纹长度决定,长度越短,散射特征越明显;各散射模态的能量分配由裂纹的深度决定,随着裂纹深度增加,散射的S0和SH0模态能量增加,而A0模态先增加后急剧减小。