K-均值聚类在CCERT系统流型辨识中的应用

流型是气水两相流的重要参数之一,对气水两相流的流动影响很大。基于电容耦合电阻层析成像(CCERT)系统,以水平管道气水两相流流型为研究对象,利用主成分分析(PCA)方法提取不同流型下采集到的电导率信息的主成分,消除不同电极对之间信号的冗余,进而结合K-均值聚类算法实现流型辨识。实验结果表明,该方法具有较高准确度,对于水平管道泡状流、层状流和环状流3种典型的气水两相流流型的静态辨识准确率可以分别达到97%、96%和99%,动态辨识准确率可以分别达到92%、90%和87%。     

新型非接触式径向C4D传感器优化设计

基于电容耦合式非接触电导检测(C4D)技术,设计研发了一种新型径向结构的非接触式电导测量传感器。该传感器利用串联谐振的原理,引入电感模块以消除耦合电容对测量的不利影响,扩大了测量范围,提高了测量灵敏度。同时,用仿真与实验相结合的方法对传感器的电极张角进行了优化研究。在5.0、7.5、9.1、10.2和12.0 mm 5种不同内径的管道中进行了电导测量实验,电导测量相对误差均不超过5%,实验结果表明,所设计的新型非接触式径向C~4D电导测量传感器是可行和有效的。     

基于双耦合Duffing振子的气液两相流动特性分析

提出了双耦合Duffing振子仿真系统检测小通道气液两相流型信号的方法。搭建了双耦合Duffing振子仿真系统,针对流型信号的特征确定了3个关键参数:阻尼比、耦合系数和频率,并应用典型混沌信号Lorenz和R9ssler对该仿真系统进行了性能检测。在两相流型信号检测时,提取了振子振动的瞬时速度和位移2个特征值,并基于特征值对流型动力学特性及流型辨识进行了深入研究。结果表明:通过对典型混沌系统的检测验证,发现本文检测方法具有较好的抗噪能力,能够较好地表征典型信号的混沌特性。提取的2个特征值能够揭示出小通道气液两相流型转变过程中气液两相间的作用机理。系统的振子振动瞬时速度结合位移实现了小通道气液两相流典型流型的准确识别,有助于其他不同介质的多相流动特性分析与流型辨识。     

基于小波包分解和FCM聚类的纹理图像分割方法

提出了一种新的图像特征提取中选取最优小波分解树的方法.塔式小波分解对信号解不够全面,而小波包全分解又引入庞大的计算量,因此小波分解最优树的选取尤为重要.结合模糊c均值(FCM,Fuzzy C-Mean)聚类,提出了一种能同时进行小波自适应分解和纹理特征分类的纹理图像分割方法,该方法将无监督聚类中的聚类有效性参数引入到自适应小波分解的判决中,能根据无监督聚类分割的需要,自适应地选取小波包分解的树形结构和分解层数.相对于小波包全分解,节省了大量的运算,并能取得良好的分割效果.      

航空发动机中气液两相流的可视化检测

针对电阻抗断层成像(EIT)技术中FCM聚类算法的灵敏度系数信息缺失以及测量电压的利用率低两方面问题,提出一种新的成像算法。在该算法中引入灵敏度系数矩阵信息修正各个剖分单元的电压。同时提出了将测量电压数据按照其权系数进行处理的方法,该方法可应用于所有EIT经典反演算法之中。理论和数值仿真结果均表明,与已有的FCM聚类算法相比,优化后算法对两相流型的定位准确度更高,得到的重建图像的空间分辨率与之前相比相对误差降低了5%~15%,相关系数提高了5%~20%。     

基于支持向量机的滚动轴承状态寿命评估

应用状态寿命描述滚动轴承的使用寿命,并建立了滚动轴承的状态寿命评估模型.状态寿命评估模型建模的关键是振动信号的特征提取和状态的识别算法.针对滚动轴承振动的特点,提取小波包重构信号的频带能量构造特征向量,利用支持向量机作为辨识算法建立滚动轴承状态寿命评估模型.滚动轴承全寿命试验验证了模型的有效性和可信性.     

基于AFI混合聚类算法的轴承故障诊断方法

针对滚动轴承振动信号标记数据量小、故障模式多样的现状，提出了一种基于AFI混合聚类算法的半监督式轴承振动信号故障诊断方法。利用小波包分解方法提取了信号的能量特征谱，并通过主成分分析方法增强了信号的特征；参考迭代自组织数据分析的“分裂”和“合并”的思想，为人工鱼群算法中的个体鱼增加了“分裂进化”和“合并进化”行为；采用模糊C均值方法定义了隶属度矩阵和目标函数，并利用改进的人工鱼群算法，迭代搜寻了目标函数的全局最优解，得到了各故障模式的聚类中心；通过计算测试数据的最近邻聚类中心，实现了故障模式识别。结果表明，该方法无需指定聚类簇数，能在标记数据量小的情况下完成训练，较同类方法表现出了更优的故障模式识别性能。     

基于小波神经网络的多传感器自适应融合算法

针对多传感器融合系统的非线性和不确定性,将小波分析与神经网络相结合,提出一种基于小波神经网络的多传感器自适应融合算法.融合系统包括扩展卡尔曼滤波器、小波神经网络、融合知识库以及航迹融合算法.该算法以分布式融合结构为基础,利用环境信息理论和测量方差归一化方法构建小波神经网络,并且通过数值样本训练小波神经网络,使其在融合过程中实时估计各传感器的信任度,再由融合知识库根据各传感器信任度来选择适合的航迹融合算法,最终得到全局状态估计.实验结果表明,提出的融合算法可以根据环境变化在线自适应融合来自多传感器的测量值,对不确定信息具有很好的融合能力.      

一种扩频测控链路中PIM的全盲抑制算法

针对航天器扩频体制测控链路中无源互调(PIM)干扰的问题,提出了一种基于小波包分解的全盲PIM抑制算法。该算法将接收的扩频测控信号进行小波包多层分解,根据分解后的信号应满足高斯分布的特性,完成对干扰进行抑制,而整个处理过程不涉及干扰门限的设置,是一种全盲的PIM干扰抑制方法。Matlab仿真表明,采用该抗干扰算法可将信干比提高7dB。     

一种地震动信号特征提取与分类方法

为了实时检测、识别和预警对地下基础设施的挖掘破坏活动，本文提出一种地震动信号特征提取与分类方法。通过提取小波包变换域和集合经验模态变换域的多域能量联合分布特征向量，构建改进的径向基神经网络分类模型，利用机器学习的方法提取稳定的信号多域融合特征，并实现准确的信号特征分类预测。由多类别挖掘信号的仿真实验结果可以看出，本文的算法和模型能有效提升地震动信号分类的准确率，对地震动干扰信号具有较强的鲁棒性。     

CCPT系统中基于副边阻抗调制技术的反向信号与能量叠加传输技术研究

为了解决金属环境条件下的无线供电和信号传输需求，提出了一种基于电容耦合方式的无线能量和信号并行传输方案。通过建立E类放大器的数学模型，分析电容耦合系统的传输特性和阻抗影响机理，设计了适用于E类放大器结构的调制与解调电路，并通过仿真验证了电路的可行性，为CCPT系统从能量传输到信号回传提供了系统性的理论指导。     

基于超声多普勒与电导环的油水两相流流速测量

两相流动现象广泛存在于众多工业领域中,其流动过程参数如流速的准确测量对量化体积/质量流量及优化生产工艺和过程设备有重要意义。针对水平油水两相流流速测量问题,提出了一种同侧双晶连续波超声多普勒（CWUD）与电导环传感器相结合的测量方法。非侵入式超声多普勒传感器为双晶超声换能器,由2个倾角相同且中心频率为1 MHz的压电陶瓷晶片组成,两者之间使用隔声材料防止声波干扰,其中发射晶片向流体连续发射超声波,同时接收晶片接收经流体中离散液滴散射的超声波,测量区间覆盖管道横截面的整个径向范围。动态实验在50 mm管径的水平油水两相流装置上完成,通过分析油水两相流多普勒频移响应特性,发现在测量区间内,平均多普勒频移与总表观流速之间随连续相不同而呈现2种线性关系。因此,根据电导环传感器的电学敏感原理,获得无量纲电压参数判断两相流的连续相,继而选取相应流动状态下的测量模型,计算流体总表观流速。实验结果表明:总表观流速估计值均方根误差为0.01 m/s,平均相对误差为3.09%,其中相对误差小于5%的置信概率为70%。      

第二代小波包构造及发动机微弱损伤识别

针对航空发动机滚动轴承微弱损伤识别问题,设计了一种识别滚动轴承早期损伤的第二代小波包方法.构造了第二代小波包分解重构算法和第二代小波包算子计算方法;将滚动轴承振动信号进行第二代小波包分解,然后各个频带分解信号分别进行重构;利用希尔伯特变换解调分析各频带信号,得到对应频带信号的包络谱;计算各个频带中滚动轴承故障特征频率对应包络谱幅值的分贝值,提取各频带中故障特征频率对应分贝值的最大值,对滚动轴承早期损伤情况做出定量识别.仿真信号和试验信号分析表明,该识别方法结果可靠,能准确识别出滚动轴承早期损伤.      

多通道数字电感传感器的设计

感应传感是一种无接触、无磁体的感应技术,可用于精确测量金属或导电目标的位置、运动或成分,也可用于检测弹簧的压缩、拉伸或扭曲。针对当前感应检测装置功耗高、精度低等缺点,设计一种低功耗、多通道电感数字转换器。采用先进的两通道数字式转换器LDC1612作为传感器,用自制的PCB 线圈探测金属物,将感应信号转换为数字信号,通过IIC接口与低功耗单片机MSP430F5529连接,可同时实现两路数据高速采集处理。实测结果表明：检测分辨率高达28位,精度达到次微米级。适合在苛刻环境中使用,不受非导电污染物（例如,油、水、污垢和灰尘）干扰。实现双通道无接触传感,成本和功耗更低,比现有感应传感具有更佳的性能、可靠性和灵活性。     

基于感应传感的位置增量编码器设计

为解决传统编码器的易损坏、可靠性不高、更换价格昂贵的问题,提出采用非接触式、电感感应传感设计位置编码器的方案。用LDC1312数字电感传感器作为感应探头,检测涂有金属物的旋转圆盘,将其感应测量到的数据通过IIC接口送入MSP430F5529处理数据,实现对旋转圆盘位置的检测。该设计与机械编码器相比,具有寿命长、可靠性高,适用于在油渍、潮湿、灰尘等恶劣环境工作的优点。     

柱形等离子体辐射场的数值计算和分析

参照金属辐射场的求解方法,在简化条件下计算出柱形等离子体行波传输和驻波传输的辐射图．当改变等离子体密度以及相关参数时,对应的辐射图会相应地发生变化,得出与信号在金属介质中传输相类似的结果．根据理想柱形等离子体表面波的色散关系得到波矢,求出的柱形等离子体辐射方向图与金属介质的辐射方向图相比,会发生较大的变化,因此利用等离子体进行信号传输有一定的价值．