Variational Mode Decomposition for Rotating Machinery Condition Monitoring Using Vibration Signals

The failure of rotating machinery applications has major time and cost effects on the industry.Condition monitoring helps to ensure safe operation and also avoids losses.The signal processing method is essential for ensuring both the efficiency and accuracy of the monitoring process.Variational mode decomposition(VMD)is a signal processing method which decomposes a non-stationary signal into sets of variational mode functions(VMFs)adaptively and non-recursively.The VMD method offers improved performance for the condition monitoring of rotating machinery applications.However,determining an accurate number of modes for the VMD method is still considered an open research problem.Therefore,a selection method for determining the number of modes for VMD is proposed by taking advantage of the similarities in concept between the original signal and VMF.Simulated signal and online gearbox vibration signals have been used to validate the performance of the proposed method.The statistical parameters of the signals are extracted from the original signals,VMFs and intrinsic mode functions(IMFs)and have been fed into machine learning algorithms to validate the performance of the VMD method.The results show that the features extracted from VMD are both superior and accurate for the monitoring of rotating machinery.Hence the proposed method offers a new approach for the condition monitoring of rotating machinery applications.     

基于瞬时频率估计的双曲调频信号检测技术

基于双曲调频信号的特征分析,提出了一种新的HFM信号检测方法——周期斜率方差检测器。根据不同信噪比下周期斜率方差的概率密度,给出了该检测器的二元假设检验模型,并对比了相同条件下该检测器与匹配滤波器的性能。仿真结果表明,周期斜率方差检测器是一种恒虚警概率检测器,在较低信噪比下可有效检测双曲调频信号,并对多普勒失配有很好的适配性。     

改进的EMD方法在车辆振动信号提取中的应用(英文)

为了能在强噪声背景下准确地进行振动信号的特征提取,对经验模式分解进行了研究和改进,并将其应用于车辆振动信号的特征提取中。首先对系统中各输入信号进行了多次自相关处理,有效地降低信号中的噪声。然后对处理的信号进行经验模式分解,得到了各固有模态函数分量。最后对感兴趣的固有模态函数分量进行希尔伯特变换和谱分析,从而得到信号的特征信息。仿真和试验分析说明了改进的经验模式分解方法的可行性,并且对同类工程问题具有一定的参考价值。     

A Methodology for Identifying Defects in Wire Rope Based on Permanent Magnet Excitation

A wire rope defects detection method based on permanent magnet excitation is proposed.A detection system,mainly composed of permanent magnet excitation,distance detection,multi-sensor magnetic flux leakage signal acquisition and data analysis device,is set up.According to the different characteristics of the multi-sensor magnetic flux leakage signal,the localized fault(LF)and loss of metallic cross-sectional area(LMA)signal is separated,and then the two defects can be detected.The experiments show that the method can effectively detect the two defects when they appear simultaneously on the wire rope.     

改进的部分并行干扰抵消多用户检测

给出了一种用于部分并行干扰抵消多用户检测新的判决函数：WSGN判决函数。根据较好的多用户干扰估计能提高误码率性能这一原理，本文推导出这种新函数。它考虑了门限的作用，使得不当门限对其性能的负面影响小于其他判决函数。在瑞利衰落信道中分析了使用这种判决函数的部分并行干扰抵消检测方法的误码率性能。结果表明，这种新的检测方法误码率性能可以收敛到单用户检测；并且性能优于一般匹配滤波器检测方法和其他部分并行干扰抵消检测方法。此外其计算复杂度没有显著增加，可以用于实际的CDMA通信系统。     

基于经验模态分解的有限阵元宽带自适应阵列DBF方法

针对有限阵元条件下宽带自适应阵列自由度不够和抗干扰性能下降的问题,提出一种基于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)的宽带自适应阵列数字波束形成(Digital beamforming,DBF)方法。该方法首先对阵元接收的快拍数据进行EMD处理,然后对各个模态函数矩阵应用线性约束最小方差(Linearlyconstrained minimum variance,LCMV)波束形成算法求解自适应权矢量,最后对信号进行重构。与传统的基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)子带自适应阵列方法相比,该方法具有以下优势:适用于阵元数目受限的宽带自适应阵列,无需事先指定模态函数划分的频段,可以提高阵列处理的自由度。仿真验证了所提方法的有效性。     

Low-Cost Wireless Sensor Network Node Design for Multi-point Bolt Loosening Detection

Bolted connections are commonly used in aerospace structures.Once the bolts on the aircraft are damaged or loose,the consequence will be disastrous.Therefore,monitoring bolt loosening is especially required.However,periodic manual inspection costs much money and time.And it is very difficult to achieve multi-point monitoring for many bolted structures in an aircraft.Therefore,a low-cost,reliable detection method based on wireless sensor networks is presented.The reed switch is selected as a sensor for bolt loosening monitor.The chip PT2262 and PT2272are chosen as hardware codec chip for multi-point placement.A wireless transmitter and receiver circuit is designed on 315 MHz frequency.The codec chip and the wireless transmission are triggered by the reed switches.Bolt loosening is detected by the receiving terminal and indicated by light and sound alarms.The wireless transmitter and the receiver circuit are tested and the monitoring system is verified by experiments.The results show that bolt loosening can be effectively detected within 300 m.The developed sensor network is expected to solve multi-point bolt detection problems and provide a low-cost and reliable monitoring technology.     

基于分形的奇异信号的检测

提出了基于分形的奇异信号的检测方法，给出了奇异信号的数学模型、检测原理和实现算法。根据所计算的短时网格分形维数，判断是否有突变信号以及确定其发生时刻。以电力系统中突变信号为例进行仿真，证明该方法能准确有效地检测到突变信号，并能精确地确定突变信号的发生时刻和突变类型。     

时序多相关-经验模式分解方法及其对车辆振动信号的分析

振动信号的特征提取由于受强背景噪声的干扰往往具有很大的困难。在作者提出的时序多相关-经验模式分解方法的基础上,提出了一种相应的改进方法,将其扩展到一般振动信号的特征提取。先对采集到的时间序列作多相关处理,在时序多相关处理时,为了达到克服噪声干扰的目的,取一段采样序列,对其作周期延拓,使得在多相关处理后,噪声仅仅体现在多相关序列的常数项里面。再对得到的多相关数据作经验模式分解,选择满足要求的本征模式函数并作边际谱分析,以达到提取强噪声背景下的特征信号的目的。仿真分析表明了该方法的有效性。最后将它应用到实际某特种车辆振动信号的特征提取中,得到了满意的结果。     

体表电位标测中的关键技术——心电信号的数字滤波

小波分析在数字滤波领域中具有广大的应用前景，尤其是对具有时变特性的人体心电信号。该文介绍了如何利用coiflet小波对心电信号进行多分辨率分解和重建，并解决了小波分析在心电信号滤波中会遇到一些实际问题，比如小波基函数的选取，确定心电信号及噪声的频域表现和小波在不同尺度下的通带。实验结果表明，用coiflet小波对心电信号进行数字滤波，能很好地消除心电信号中的三大干扰；基线漂移、工频干扰和肌电干扰。     

基于主元分析的多传感器故障检测

针对动态系统的压力、温度、流量等传感器数据,给出了一种基于主元分析法的传感器故障检测与诊断方法。该方法能够在对测量参数相关性分析的基础上,将传感器测量值所组成的测量空间分解为主元和残差两个子空间,通过传感器实际测量数据与正常数据矩阵在残差子空间投影的比较,对传感器的故障进行检测与诊断。通过双容水箱被控系统的传感器进行检测,结果表明主元分析法对传感器具有很好的故障检测和故障诊断能力。     

低速冲击复合材料层合板的机械修补参数研究

对于铺层材料为T300/双马树脂的复合材料层合板,研究了低速冲击损伤条件下机械修补的影响因素。考虑机械修补填充效应和装配干涉量、螺栓预紧力、界面摩擦力对修补强度的影响,针对低速冲击复合材料层合板的机械修补,建立了三维的有限元模型,有限元计算结果与实验结果吻合良好,从而机械修补模型是有效的。进一步有限元计算分析表明:1)金属填充装配的干涉量存在最优值;2)摩擦系数的增大可有效地提高修补结构压缩破坏强度;3)较大模量比修补结构的强度较小;4)存在最优的螺栓拧紧力矩,在此拧紧力矩下修补件的修补强度最高。     

基于统计局部方法的模型适配检测与分离

提出一种新的过程模型失配检测方法,通过模型预测误差与外部激励信号的相关性分析获取初始残差函数,并利用统计局部方法分析残差函数。该方法可以分离扰动和过程模型的失配。相对于直接相关性分析方法,该方法能够通过单一的统计量指示过程模型是否失配,具有简单直观的特点,而且可以通过滑动窗口的办法,便于在线检测,同时,该方法能够提高检测灵敏度。仿真研究证实了该方法的有效性。     

基于声发射技术的铁路重载货车滚动轴承故障诊断研究

通过声发射检测技术对铁路重载货车滚动轴承故障进行不解体诊断,利用小波包分析技术对采集到的声发射信号进行分解和重构,提取故障信号的能量特征向量,将处理后的特征向量输入到BP神经网络进行滚动轴承故障模式识别,进而判断轴承是否发生故障以及故障的类型。经过使用大量的实际滚动轴承实验数据进行验证,其结果都表明了使用本文的方法的有效性。     

基于倒序相关累加的信号到达时间盲估计

研究了在信号频率、初相、幅度未知条件下,矩形包络复正弦信号到达时间盲估计算法.先利用相关检测对信号的起、止时间进行粗估计,估计出信号频率,并将其变换到基带,经倒序累加后的信号模值,在到达时刻将出现拐点并达到最大输出信噪比,检测出拐点位置,作为到达时间精估计.文中推导了离散矩形包络复正弦信号到达时间估计的克拉美罗限.计算机仿真表明,本方法在较低信噪比条件下可实现对信号到达时间的精确估计.     

Wideband Signal Detection Based on MWC Discrete Compressed Sampling Structure

In order to solve the cross-channel signal problem caused by the uniform channelized wideband digital receiver when processing wideband signal and the problem that the sensitivity of the system greatly decreases when the bandwidth of wideband digital receiver increases,which both decrease the wideband radar signal detection performance,a new wideband digital receiver based on the modulated wideband converter(MWC)discrete compressed sampling structure and an energy detection method based on the new receiver are proposed.Firstly,the proposed receiver utilizes periodic pseudo-random sequences to mix wideband signals with baseband and other sub-bands.Then the mixed signals are low-pass filtered and downsampled to obtain the baseband compressed sampling data,which can increase the sensitivity of the system.Meanwhile,the cross-channel signal will all appear in any subbands,so the cross-channel signal problem can be solved easily by processing the baseband compressed sampling data.Secondly,we establish the signal detection model and formulate the criterion of the energy detection method.And we directly utilize the baseband compressed sampling data to carry out signal detection without signal reconstruction,which decreases the complexity of the algorithm and reduces the computational burden.Finally,simulation experiments demonstrate the effectiveness of the proposed receiver and show that the proposed signal detection method is effective in low signal-to-noise ratio(SNR)compared with the conventional energy detection and the probability of detection increases significantly when SNR increases.     

结构光照明技术在瑞利散射成像去杂散光应用中的研究

激光片光成像技术在流场测量领域的应用前景十分广阔，但该类测量技术在实际测量中都会受到杂散光或背景光干扰的影响，降低了光学成像质量。因此，开展了将结构光照明技术应用到激光片光成像测量中来消除杂散光干扰的研究。结构光照明技术是一种新型的杂散光抑制方法，可以将原始图像数据分为有效信号和杂散光（来自于激光片光焦平面外的干扰光）两部分，在后期数据处理中，有效信号会保持不变，而杂散光会因为空间频率不同而被剔除掉。首先，基于Matlab软件理论分析了该类方法消除杂散光的作用；其次，设计了一套应用于瑞利散射成像的结构光照明测量装置，主要由连续激光器、Ronchi光栅和EMCCD相机组成，其中Ronchi光栅用于产生正弦光强分布的激光片光。最后利用该测量装置在McKenna平面火焰炉上开展了瑞利散射图像测量实验，验证了结构光照明的方法具有消除杂散光影响、提高瑞利散射图像精度的作用。     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

无人机单片机控制系统软件容错设计

本文介绍了某型无人驾驶飞机系列MCS-51单片机控制系统的软件容错设计方法与实现。该软件采用了关键数据的余度管理技术,在充分考虑了本系统的任务功能及单片机固有特点的基础上,采用了若干行之有效的软件检错技术,包括执行条件检测、数据合理性检测、异常复位检测及软件陷井等。在检测到软件错误后,软件将执行一个恢复操作。恢复操作的基础是依据一组经过余度管理及相容性分析而保证为正确可靠的关键数据。恢复操作将消除软件系统所有可能的错误状态,将系统恢复至出错前的运行状态。实践表明,该软件的容错设计是可靠且有效的。     

单晶再结晶临界应力与涡轮叶片结构设计参数间的映射模型

以单晶涡轮叶片发生再结晶的榫头进气窗口为研究对象,基于镍基单晶合金再结晶临界应力模型,通过单晶叶片铸造热应力场仿真计算,建立了最大残余应力与结构参数和温度的关系模型;并在此基础上,以最大铸造残余应力不大于再结晶临界应力、冷气通道面积不变和满足强度为约束条件,求出了不发生再结晶条件下的临界应力与结构设计参数和热处理温度的映射模型。最后通过对实际叶片榫头进气窗口的优化设计和试验对比分析,验证了本文方法的有效性。结果表明,优化后榫头进气窗口最大铸造残余应力下降30%以上,原有的再结晶现象消除。