Combined optical fiber interferometric sensors for the detection of acoustic emission

A type of combined optical fiber interferometric acoustic emission sensor is proposed. The sensor can be independent on the laser source and make light interference by matching the lengths of two arms,so it can be used to monitor the health of large structure. Theoretical analyses indicate that the system can be equivalent to the Michelson interferometer with two optical fiber loop reflectors,and its sensitivity has been remarkably increased because of the decrease of the losses of light energy. PZT is powered by DC regulator to control the operating point of the system,so the system can accurately detect feeble vibration which is generated by ultrasonic waves propagating on the surface of solid. The amplitude and the frequency of feeble vibration signal are obtained by detecting the output light intensity of interferometer and using Fourier transform technique. The results indicate that the system can be used to detect the acoustic emission signals by the frequency characteristics.

基于振动信号和同步压缩小波变换的电动机测速方法及实验分析

针对部分工业现场电动机无法安装测速传感器,提出一种基于振动信号和同步压缩小波变换的电动机测速方法。对电动机振动信号进行Hilbert变换得到包络信号,解调出其中与转速相关的振动分量;利用同步压缩小波变换分析计算出包络信号的时频图;引入脊线的四分位距和方差对代价函数法进行改进,并利用该方法提取基频振动分量的时频脊线,得到电动机的转速曲线,达到无转速计测速的目的。实验与仿真分析表明,所提方法无论在稳态还是在非稳态工况下都能准确检测出电动机转速,且误差不超过5%。该方法的研究与实践过程可加深学生对调制解调、时频分析等理论知识的理解,提高理论联系实际的能力。

基于振动信号PSD-SVM方法的不定负荷下柴油机气阀间隙异常故障诊断

针对许多基于振动信号的故障诊断方法在不同负荷下的诊断不全面的问题。提出了一种基于功率谱密度(power spectral density,PSD)与支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断方法。该方法将振动信号功率经过滑动平均滤波(moving average filter,MAF)处理,计算样本中每个周期的标准化信号的功率谱特征,再使用核方法SVM进行特征分类,从而实现故障诊断。经过柴油机实机测试,该方法对于不同负荷下的故障识别率达到96.72%,能有效识别不同负荷下的柴油机进排气阀间隙增大故障。

基于信号分离方法的桥梁车载振动传感器移动监测技术研究

为更好地从过桥车辆振动响应中识别桥梁频率,对比研究快速傅里叶变换FFT、变分模态分解VMD和连续小波变换CWT三种信号处理方法的应用效果。首先,介绍FFT、VMD和CWT三种信号处理方法的理论基础和应用流程;其次,通过车桥耦合数值分析算例,对比三种方法在利用车辆振动加速度响应识别桥梁多阶频率的效果;最后,通过缩尺车桥耦合模型试验,进一步研究三种方法的应用效果。

基于振动传感器的风力发电机故障检测算法

风力发电机长时间处于高应力状态下,易产生设备细小故障,若不能及时找出,会造成风电系统严重受损或瘫痪,为此提出了基于振动传感器的风力发电机故障检测算法。利用向量索引值集合及广义逆向矩阵,在压缩感知下匹配追踪信号,恢复缺失数值,经过经验模态分解后,加入白噪声求解信号分量平均值,识别信号的振动类型和能量变化,判断信号故障类型,利用逻辑回归模型分类信号是否属于故障信号,实现风力发电机故障信号分类及判断。仿真结果表明,所提算法可以准确区分正常工作状态和故障状态,迭代30次后可以将故障检测误差率保持在0.035。由此可知,所提算法能准确判断故障及所属类型,且精准度高。

锈蚀工况下振弦式应变传感器补偿理论及计算

为了研究结构健康监测系统的振弦式应变传感器,开展了环境影响因素的量化评估,归纳分析了其稳定性和增量测量特点,旨在进行锈蚀补偿理论的推演和验证。由于结构监测系统长期服役的特点,锈蚀补偿理论的不足为量值溯源工作带来了挑战与难题,为此,对振弦式应变传感器进行了全寿命周期的测量及计量性能研究。通过对装有该传感器的混凝土梁进行加速锈蚀模拟试验,分析了锈蚀对传感器测量值的影响规律,形成了锈蚀角度和锈蚀频率的计算理论。采用T型C50混凝土梁,在恒温环境下进行加速锈蚀和静力加载,针对锈蚀偏转角度和模态频率两个主要影响因素,分别建立了补偿函数的理论模型及计算方法,并进行了相应的试验验证。结果表明:垂向夹角达到约5.7°、纵向夹角达到约2.9°时,锈蚀影响量的增长率会极大增加;锈蚀频率补偿主要受锈蚀率影响,且会因荷载耦合作用增加;通过比对本研究计算模型理论值与高精度计量仪器实测值,得出2种模型误差分别为±0.5%和-0.0008με,精确度较高,可有效应用于锈蚀工况下长期服役振弦式应变传感器的补偿计算及计量校准。所形成的锈蚀补偿理论及计算方法,可有效支撑行业量值保障体系构建,保障结构健康监测系统的可靠性及准确性。

基于光子多普勒效应的轴承振动测量

中国高铁国产化率高达97%,但仍有3%的设备需要进口,其中就包括对制造工艺有着极高要求的高铁轴承。为保证高铁安全行驶,现有高铁轴承在运行120万公里后无论好坏都需强制更换,大大增加了运营成本。因此高铁轴承损伤检测对降低运营成本、确保行车安全非常重要。提出了基于光子多普勒测速系统的高铁轴承(转动刚体)振动测量方法,及采用周期平均的方法,克服轴承偏心及轮缘非正圆所带来的影响。通过对正常轴承、被淘汰轴承与人为制造损伤轴承振动信号的测量,在时域和频域上的分析及处理,验证了光子多普勒测速系统测量高铁轴承振动,检测轴承损伤情况的可行性,为我国高铁轴承质量检测提供了一种全新的方法。

钢铁企业动旋转设备振动信号采集技术研究及应用

动旋转设备是钢铁企业中应用最广的关键设备,目前振动分析是动旋转设备监测的最优手段之一,随着数字化时代的到来,监测平台采集的振动信号呈指数增长。将钢铁企业动旋转设备按运行工况分为恒速恒载设备和变速变载设备,根据工况和工作环境等要求选择不同振动传感器建立多轨制采集策略,兼顾技术和经济性最优化配置测量定义,开发智能采集策略,实现精准捕捉设备异常振动信号,最大程度避免无效数据采集,提升设备监测质量和效率。

航空发动机轴向力与主轴承振动同步测试技术研究

阐述了一种采用应力环传感器获取航空发动机主轴承动、静态信号的原理和方法,确定了使用应力环传感器测量主轴承上动态和静态信号的可行性。通过动态、静态测试和时频域信号处理,获取了主轴承相接触的应力环上的动、静态信号,并与主支承传递力路径上鼠笼的动态应变信号进行了对比。结果表明:鼠笼构件与应力环的应变测点所测的振动频率成份和其振动频率分量趋势一致,且应力环测点的动态响应更大,验证了应力环同步测量航空发动机轴向力和主轴承振动信号的工程适用性。可通过应力环所测的振动信号,对发动机转子和主轴承的运行状态进行安全监测。

基于小波分析的变电站高压隔离开关故障检测方法

由于现行方法在变电站高压隔离开关故障检测中的应用效果不佳,不仅查全率比较低,而且实时故障检测时间比较长,无法达到预期的故障检测效果,因此提出基于小波分析的变电站高压隔离开关故障检测方法。利用加速度传感器捕获开关振动信号,采用小波分析技术提取信号特征,并识别隔离开关故障,以完成基于小波分析的变电站高压隔离开关的故障检测。经实验证明,设计方法的查全率在95%以上,实时故障检测时间短于1 s,在变电站高压隔离开关故障检测方面具有良好的应用前景。

直升机中减速器谐响应分析与传感器优化布局

研究了多自由度的振动数学模型.通过系统的故障频率来确定振动传感器的安装位置,提出了一种基于故障频率敏感的振动传感器优化布局方法,建立了直升机中减速器机匣有限元模型.利用谐响应分析方法,对中减速器机匣施加一故障激励信号.研究表明:机匣的不同位置对激励信号响应的振动幅值明显不同,齿轮故障时往往在啮合频率及其倍频处形成以转频为间隔的边频带,对该边频响应振幅最大的位置就是振动传感器安装的最佳位置,并提出了振动传感器优化布局函数.此方法同样适用于直升机传动系统其它部件的振动传感器位置选择,也适用于其它旋转机械的振动监测.

尺度-小波能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障振动信号的特点 ,构造脉冲响应小波 ,采用连续小波变换的方法来提取滚动轴承故障振动信号的特征 ,在此基础上提出了一种滚动轴承故障诊断方法 :尺度 -小波能量谱比较法。通过对具有外圈缺陷、内圈缺陷的滚动轴承振动信号的分析 ,说明尺度 -小波能量谱比较法不仅能检测到滚动轴承故障的存在 ,而且能有效地识别滚动轴承的故障模式。

光纤传感振动检测系统及其实验研究

实际工程结构中的振动检测是十分重要的,也是十分复杂的,常用的结构振动检测传感器易受工程现场恶劣环境的影响,而光纤传感器具有小巧、抗电磁干扰、灵敏度高、适合长期监测等优点。本文建立了基于马赫—曾德(Mech-Zehnder)干涉原理的光纤传感振动检测系统,研制了运用先进的数字信号处理技术采集和处理数据的专用软件,并在典型结构件——钢制悬臂梁结构上进行了外加信号作用下的强迫振动检测和冲击载荷作用下的自由衰减振动检测,测量了该结构件的频率及振幅,其结果与同时进行的成熟的电测结果相近,说明光纤传感器用于结构件的振动测量是可靠的。本文为光纤传感器应用于实际工程的振动检测提供了新的技术装置,具有工程应用前景。

基于LMD和增强包络谱的滚动轴承故障分析

针对滚动轴承发生故障时振动信号幅值分布的峭度和歪度都会发生变化的特点,提出基于峭度-歪度的局部均值分解分量筛选准则,将峭度值和歪度绝对值最大的分量筛选出来并重构故障信号,以达到降噪的目的。对降噪后的信号进行增强包络谱分析,得到故障的特征频率。应用提出的新方法对实测的滚动轴承外圈、滚动体和内圈发生故障时的振动信号分别进行了分析。结果表明,基于峭度-歪度的局部均值分解分量筛选准则有效地降低了信号中的噪声,在此基础上应用增强包络谱有效地减少带内噪声影响,从而使故障特征信息凸现出来,有利于对滚动轴承的各种故障进行诊断。

基于PC机的便携式低频振动测量分析仪

文中介绍了一种基于PC机的便携式低频振动测量仪 ,给出了传感器原理以及仪器硬件、软件的实现方法。

振动测量误差影响因素分析

讨论了振动测量系统产生误差的来源,主要分析了瞬变温度对振动传感器的影响和现有校准方式产生的误差对振动测量的影响,提出了减小误差的方法。此方法能提高振动测量的可靠性和测量准确性。

虚拟振动测试分析仪的设计

介绍了一种自行开发的虚拟振动测试分析仪。首先利用笔记本式计算机和USB2008型数据采集卡搭建了PC-DAQ系统的通用硬件平台,然后通过软件编程定义了虚拟仪器的各种功能,并以信号分析功能为例着重介绍了仪器功能的具体设计过程。虚拟仪器界面友好,实现了信号发生、信号采集、信号分析处理以及模态分析等功能。最后进行了实验测试,得到的仪器分析结果与理论分析结果完全一致,表明虚拟振动分析仪的功能已经实现,各种分析结果正确可靠。

提高振弦式传感器测量精度的方法的研究

振弦式传感器是水利工程和结构监测中应用较为广泛的设备之一。针对振弦式传感器输出信号微弱、放大检测中容易受到干扰而造成的测量精度下降问题,通过一个大坝高边坡安全监测工程应用实例的研究,从硬件的合理设计和软件的数据处理两方面详细分析和有效解决了振弦式传感器测量过程中的干扰问题,大大提高了振弦式传感器的测量精度。

常规弹药转速测量时频分析方法研究

常规弹药智能化改造过程中面对的高过载、高转速的恶劣环境使得传统的速率陀螺无法正常工作,因此可以在惯性测量组合中用磁传感器代替速率陀螺来测量弹丸转速。以仿真的单轴磁传感器输出信号为研究对象,分别采用峰值检测、过零周期检测、短时傅立叶变换和"滑动窗口"Chirp-z变换四种时频分析方法提取弹丸转速,对结果做误差分析,得出精度最高的转速提取算法。

大型振动设备振动测试及模态分析系统

大型振动设备振动测试及模态分析系统包括数据采集、信号分析和模态分析三部分,可得到振动设备的固有频率、阻尼比和模态振形,能够为设备的运行质量提供客观的标准。