基于密度泛函理论的油中溶解气体拉曼特征频谱分析

为了准确获取电力变压器的运行状态,对其进行有效的维护,文中针对7种变压器故障气体的拉曼特征频谱选择,建立了基于密度泛函理论(DFT)中B3LYP方法的气体分子构型优化和拉曼频移特征仿真分析,并结合搭建的拉曼实验平台;对相等含量的7种故障气体完成拉曼检测,结合密度泛函理论与实际检测,确定7种故障气体H_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2、CO、CO_2的特征拉曼频移分别为:4 155、2 924、2 954、1 346、1 976、2 142、1 390 cm^(-1)。此结果已将得到故障气体实测拉曼频移与校正拉曼频移偏差率控制在±3%以内,为故障气体种类的快速判别及定量分析打下基础。

基于谱图和约束NMF的滚动轴承特征频谱提取算法

为了克服传统时频分析中信号特征频谱提取技术中参数敏感问题,设计了一种基于谱图和约束NMF的特征频谱提取算法。该算法首先对振动信号进行归一化预处理和短时Fourier分析,获得代表原始非平稳信号特性的瞬时参数即谱图;然后对谱图进行约束NMF分解;最后由基矩阵获得原始振动信号的特征频谱。理论分析、仿真和工程试验验证了该算法的可行性和有效性。

煤蠕变过程电磁辐射频谱特征实验研究

为了研究煤在单轴蠕变加载条件下,电磁辐射频谱变化的响应规律,分别测试了不同煤种在单轴载荷下,垂直层理方向上短时蠕变过程中全阶段的电磁辐射频谱的变化特征,并讨论了其变化规律。研究结果表明,在单轴蠕变分级加载的过程中,煤体的电磁辐射频率及其振幅总体趋势出现了相似的变化规律,并且各个阶段的频率及其振幅也有各自相似的变化规律。在整个蠕变过程中煤体的电磁辐射信号频率整体处在低频阶段,主要集中于0~0.5 MHz,且加速蠕变变形阶段的电磁辐射频带范围大于减速和等速蠕变变形阶段。在减速和等速蠕变变形期,煤体的电磁辐射频率的振幅变化均处在低振幅阶段;在加速蠕变变形期,可能由于煤体损伤的加剧,使得电磁辐射频率的振幅变化出现较大幅度的波动;在加速蠕变变形末期直到样品临近断裂前,煤体的电磁辐射频率的振幅值会出现增大减小增大的趋势。研究结果可为煤岩流变突变过程中损伤破坏信息的准确感知及煤岩动力灾害的智能监测与预警提供一定的实验和理论依据。

基于泄漏电流频谱特征的XLPE电缆电树缺陷诊断技术

实现电缆电树缺陷的在线诊断对电力系统的稳定运行具有重要意义。泄漏电流蕴含丰富的绝缘信息且满足现场带电检测的需求,是极具前景的可实现在线监测与诊断的检测手段。开展基于泄漏电流频谱特征的XLPE电缆电树缺陷诊断技术研究,从实验研究与仿真分析两方面开展相关工作。首先搭建XLPE电树培养与泄漏电流检测平台,在电树缺陷从起始到击穿的全过程中,对电树枝的形态以及泄漏电流幅值与频谱特征进行实验研究;然后建立电树缺陷物理场仿真模型,计算不同形态下电场强度分布,并分析电场特征与泄漏电流频谱特征的相关性。研究结果表明,在电树缺陷击穿前15 min左右,泄漏电流的幅值在短时间内由585.3μA逐步增大至1 200μA以上,总谐波畸变率短时间内由7.7%增长至35%以上,以泄漏电流的幅值和总谐波畸变率为特征参量,可以在击穿前对电树缺陷进行诊断预警。相关性分析结果表明总谐波畸变率与电场强度正相关,其有着作为电缆缺陷类型诊断参数的潜力。

基于多参数频谱特征的机翼薄冰识别方法研究

机翼结冰是影响飞机飞行安全的重大隐患。针对现有机翼薄冰探测方法存在的外形、精度、抗环境干扰方面的不足,设计了一种适用于机翼薄冰识别探测的平面电极,搭建制备不同冰型的实验平台,采集薄冰阻抗、电容、传输系数的频扫数据。定量分析频谱曲线形态,建立基于支持向量机的冰型分类与明冰厚度回归模型。通过变温实验对各参数的温度漂移进行分析并建立温度补偿方法,同时对机翼翼面可能存在的残留物对薄冰识别的影响进行了研究实验,结果证明所提方法能够实现0.2 mm~2.5 mm厚度范围内薄冰的识别和探测,且不受常见干扰物的影响。

干冰聚能静态破岩技术振动规律与频谱特征

为了明确干冰聚能静态破岩技术诱发振动的影响范围及规律,本文利用微震监测系统对干冰聚能静态破岩过程进行全程监测,获得了干冰聚能静态破岩和机械破岩诱发的振动信号,对其振动规律与频谱特征进行对比分析。得出如下结论:干冰聚能静态破岩诱发振动速度在3 m距离处即降到了25 mm/s以下,可满足爆破振动安全允许标准;诱发的振动频率主要分布在100 Hz以下,与镐头机诱发的振动相比,振动频率在50 Hz以下的成分更多、幅值更大,低频成分更多;诱发振动速度随震源距离增加呈乘幂函数衰减,比机械破岩引起的振动影响范围更小;边坡加速了干冰聚能静态破岩诱发振动速度的衰减,坡度越陡,振动速度沿该方向的衰减越剧烈,干冰聚能静态破岩技术未使用危险爆炸品,与炸药破岩相比没有审批、运输限制,现场施工安全环保。研究结果对干冰聚能静态破岩技术的现场应用具有指导作用。

高速铁路桥梁段振动加速度衰减变化及频谱特征分析

通过现场监测研究了高速铁路桥梁段以墩台为中心60 m范围监测点振动加速度的衰减变化及其频谱特征。各测点处列车运行荷载引起的地面竖向加速度响应以振源为中心随距离增大整体呈现衰减趋势,但在20~30 m处出现局部放大的现象,25 m处的Z振级相当于5~10 m处的振级。竖向1/3倍频程振级中桥梁墩台振源处达到了90 dB左右,随着距离的增加,高频振动呈现较快衰减,低频振动衰减缓慢、传播更远。1/3倍频程速度有效值除振源点外,其他测点能满足精密仪器对振动速度有效值12.5μm/s的限值要求,5~40 m的振动加速度有效值在各频段较为接近,50~60 m处低频段振动显著减弱。振动加速度局部放大段应重视高速列车运行对精密仪器生产厂区等的持续性影响。

基于声波频谱特征的土体障碍物超声探测分析

为了探究超声波法对土体中障碍物的探测效果,以上海市某地区的黏性土为介质设计了室内试验,并通过改变土的含水率和超声探测距离来研究不同因素对超声探测效果的影响。通过傅里叶变换对试验结果进行频谱特征分析,分别从含水率、探测距离、障碍物三个方面分析不同影响因素下接收信号的频谱变化规律。研究结果表明:随着含水率的增大,接收信号的频谱畸变程度减小,曲线上的突变点减少;随着探测距离的增大,接收信号的频谱畸变程度增大,曲线上的突变点增多;在含水率较低的情况下,障碍物的存在对接收信号频谱的影响忽略不计,在含水率较高的情况下,障碍物的存在会导致接收信号的频谱畸变程度增大,可以从频谱上进行识别。

压力及温度对碳酸盐岩声波速度与频谱特征的影响实验

碳酸盐岩声波传播特征具有重要的应用价值,系统性地分析流体类型、流体压力、温度及围压对碳酸盐岩声波速度与频谱特性影响的研究仍需加强。选取四川盆地合川-潼南地区灯影组缝洞碳酸盐岩,开展了不同条件下的声波透射实验,分析了围压、孔隙压力、压力差、温度及流体类型对碳酸盐岩样品声波速度的影响及不同条件下透射声波的主频特征。研究结果表明:饱和地层水时声波速度对压力变化的敏感度较饱和氮气时低。压力变化过程中,声波速度变化幅度与岩样孔隙度为正相关关系。实验温度范围内,随着温度逐渐升高,饱和地层水、氮气岩心纵波速度、横波速度均小幅降低。当差应力较低时,通过改变孔隙压力来改变差应力的方式对应的声波速度大于通过改变围压来改变差应力方式对应的声波速度,当差应力较高时,结论相反。相同差应力条件下,声波速度对围压变化较孔隙压力变化更为敏感。定围压变孔隙压力与定孔压变围压曲线所对应的2条声波速度-差应力关系曲线的夹角及斜率差可定性反映岩样动态Biot有效应力系数相对大小。随着差应力增大,孔隙压力对有效应力的贡献逐渐降低。随着孔隙压力增大,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐下降,随着围压增大,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐增大,随着温度逐渐升高,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐增大。研究结果有助于基于测井声波信息开展碳酸盐岩地层孔隙压力预测相关理论研究及工程应用。

绝缘子安全区泄漏电流频谱特征提取及污秽状态预测

针对现有染污绝缘子在线检测系统基于泄漏电流时域特征预测绝缘子污秽状态,而忽略了泄漏电流频域成分中含有丰富信息量的问题,提出了利用快速傅里叶变换(FFT)与功率谱估计相结合的分析方法,提取出泄漏电流的2个频谱特征量:3次谐波与基波幅值比κ和功率谱中高频能量与总能量之比α,作为污秽状态预测参量。该文主要研究运行电压下安全区(<20mA)内,分别改变湿度和污秽度情况下,泄漏电流的频谱特征,泄漏电流受湿度以及污秽变化的频谱特征,目的是将绝缘子污秽状态预测提前到安全区来。现有的试验结果表明,利用频谱特征量κ和α的变化规律,能有效预测绝缘子表面的湿度和污秽度状况。

顶板岩层破断诱发矿震的频谱特征

揭示顶板破断过程中的微震活动规律,采用频谱演变来评价顶板动力危害的强度,并进一步监测顶板的破断。采用SOS微震监测系统,针对坚硬以及软弱顶板破断来压的过程进行了实测,取得如下结论:(1)顶板破断之前,低频段微震幅值逐渐增加,来压时信号的幅值达到最大值,之后产生突降。同时微震前兆信号主频与来压强度呈负相关。(2)软弱顶板破断之前,微震信号主频开始向低频段移动,但前兆主频均大于20Hz,来压之后主频又开始向高频段移动。(3)坚硬顶板破断过程极其短暂,主震信号幅值较高,但主频小于5Hz,来压前后低频微震信号的幅值较低,前兆效应不明显。利用上述规律,可以对顶板破断的过程及其强度进行有效的评价和预测。

基于信息熵的串联型故障电弧频谱特征研究

针对串联型故障电弧影响供配电系统供电安全的问题,提出小波包信息熵理论与短时傅立叶变换相结合的串联型故障电弧频谱特征分析方法。首先研制了低压串联型故障电弧实验平台,开展了典型负载故障电弧模拟实验。其次,利用小波包技术对发生稳定串联型故障电弧前后的电流信号进行分解、重构和归一化处理。然后,计算各频带重构信号的信息熵,通过对比各频段燃弧前后重构信号的信息熵得出稳定故障电弧电流信号的特征频段为8-10.8KHz。最后,采用短时傅立叶变换对特征频段的重构信号进行时频分析,得出发生稳定故障电弧前后电流信号的频谱变化规律。经验证,在发生不稳定故障电弧时,8-10.8KHz仍为故障电弧的特征频段,频谱特征依然明显。结果表明,利用信息熵和短时傅立叶变换对低压串联型故障电弧进行频谱特征研究是可行的。

25～100MHz频段闪电脉冲辐射能量频谱特征

对闪电不同放电过程中辐射能量频谱特征的观测分析结果表明,经25 MHz高通滤波器对闪电辐射能量的低频成分抑制后,所得到闪电不同放电过程期间的宽带辐射信号,其能量谱分布有较大的差异.在25~100 MHz频段内,地闪较低频段的辐射强于云闪;云闪、地闪预击穿过程和K变化过程峰值辐射能量处于相对较高的频段,表明这些过程可能以较小尺度的放电为主要特征;梯级先导和直窜先导过程初始阶段辐射能量主要集中在较高频段,而接近地面时则集中在较低频段,表明先导在向地面发展过程中放电尺度逐渐增大.

不同风化程度灰岩的地质雷达波形与频谱特征研究

为了研究岩溶地区不同风化程度灰岩的地质雷达波形与频谱特征,以图步信至霍林郭勒一级公路为依托,采用SIR-3000型地质雷达在隧道施工期进行了大量的现场测试,从现场测试数据中筛选出从微至强风化程度灰岩的原始文件,利用RADAN后处理软件对筛选文件进行分析,得到了从微至强风化程度灰岩的波形与频谱特征,分析结果表明：对于从微至中风化灰岩,其线测和点测图像反射较弱,无明显的强反射特征,反射频谱能量分布较散,主频突出,其分布范围为80-95 MHz;对于强风化灰岩,其波形及频谱特征与灰岩的含水率有关,当含水率低于40%时,线测和点测图像反射强烈,反射频谱能量分布较散,主频突出,主频的分布范围为42-90 MHz.当含水率大于40%时,线测和点测图像反射均变弱,线测图像中存在信号模糊区,反射频谱能量分布集中,主频突出,主频的分布范围为15-70 MHz,具有明显的低频特征.研究内容能为岩溶地区隧道施工期地质雷达预报的解译判读提供一定的参考.

受载煤体电磁辐射的频谱特征

对受载煤体变形破裂时电磁辐射(EME)的频谱特征进行了研究分析,研究结果表明,在受载煤体变形破裂过程中电磁辐射的频带很宽,其主频段随载荷的变化而发生变化,在受载初期,电磁辐射的主频带较低,电磁辐射主频带有时呈现先增高而后降低的趋势;在受载后期,电磁辐射的主频带较高,基本上表现为载荷越大,电磁辐射的主频段越高。

深埋隧洞即时型岩爆孕育过程的频谱演化特征

岩爆孕育过程中所记录的微震事件波形本身就包含着丰富的前兆信息。基于深埋隧洞微震波的衰减特征,修正了最大有效振幅,将相对有效振幅和最大有效频率作为频谱分析参数。TBM和钻爆法不同开挖方式下诱发的即时型岩爆孕育过程的频谱演化特征基本一致,有如下特征：（1）无岩爆发生时,每日最大释放能量微震事件频谱对应的相对有效振幅的量级为10-6m/s及以下,而最大有效频率则多大于300 Hz;（2）中等岩爆发生前,相对有效振幅的量级维持在10-5m/s,最大有效频率则介于200~300 Hz;（3）强烈岩爆发生前,微震事件对应相对有效振幅的量级增长并保持在10-4m/s,最大有效频率则基本在200 Hz以下;（4）对于一个完整的即时型岩爆孕育过程,当岩爆发生时,相对有效振幅增至最大,同时最大有效频率降至最低。微震信号的频谱演化特征可为即时型岩爆发生时间及等级的预警提供参考和依据。

云南宾川大容量气枪震源波形频谱特征分析

2011年云南省地震局、中国地震局地球物理研究所在云南省宾川县大银甸水库开展了大容量气枪激发实验.为了深入研究气枪震源激发波形的特征,本文对不同距离台站记录的波形进行了频谱分析,对气枪激发震源的能量进行了计算,并将彩凤台气枪信号的波形、频谱特征与天然地震进行了对比分析.结果表明,1次激发相当于ML0.7的天然地震.对相近震级天然地震波形的频谱与气枪激发波形的频谱进行对比后发现,气枪震源激发波形频率小于15Hz,主频多数集中在2～5Hz;气枪震源激发的地震波中低频信号较相当震级的天然地震明显;1次激发释放的能量为8.90×106j,相当于2.4kg硝铵炸药的当量.

低频噪声主观感知与频谱特征关系研究

低频噪声对人的主观影响越来越引起人们的重视,本文采用正交分析方法,研究了低频噪声频谱中不同频率下降点,不同下降斜率,不同频率调制因子和用于调制信号的窄带噪声不同截止频率四个因素对主观低沉度、有调感、粗糙感和烦恼度的影响。主观评价采用了分组成对比较法和参考语义细分法。研究结果表明,不同频率调制因子对粗糙感的影响较大。不同截止频率对有调感和低沉度的影响比较明显。在进行主观烦恼度的统计分析时,需要考虑人群分类的影响,对于不同的人群烦恼度的影响因素会有所不同。

据频谱特征分析短时气压波动对体应变的影响

针对短时气压波动对体应变观测资料的影响,整理易县台2002～2007年体应变、气压、降水等分钟值资料,并从中选取4个具有明显特征的时间段,采用数字滤波去除原始数据中的长周期成分,用快速傅里叶变换分析体应变的高频谱特征。计算结果表明,短时气压波动对体应变高频谱特征具有显著影响,主要影响周期为53～67 min;在气压平稳情况下,体应变的优势周期相对集中,高频谱幅度最小;而在短时气压波动及降水情况下,体应变的优势周期更趋于分散,体应变响应幅度相对较大。对体应变分钟值资料的高频信息进行分析时,需要采取回归分析、数字滤波等方法消除短时气压波动对体应变观测资料的影响。

重力异常阶方差模型的构建及在扰动场元频谱特征计算中的应用

利用最新的全球引力位模型-EGM2008对经典的Tscherning、Jekeli、Rapp 3种重力异常阶方差模型进行分析比较。结果表明,3种经典的阶方差模型已经不能准确地描述扰动场元在各个频段的频谱分布。利用非线性最小二乘回归方法在EGM2008位模型获得的阶方差数据基础上构建新的分段重力异常阶方差模型——TSD模型,该模型与EGM2008位模型计算的阶方差比较其标准差和均值分别为0.25×(10-5 m/s2)2、0.00×(10-5 m/s2)2。利用TSD模型计算不同频段内大地水准面高、重力异常、扰动重力、垂线偏差4个重力场扰动场元的频谱特征。计算结果表明:扰动场元频谱分布较之传统分析结果有较大的变化,其中重力异常、扰动重力及垂线偏差在中、低频部分的能量有明显的增加而高频及甚高频部分的比重有明显的减少。