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转子碰摩声发射源定位中的广义互相关时延估计研究

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中国电机工程学报 2009年第14期29卷 86-92页

作者：邓艾东包永强赵力东南大学火电机组振动国家工程研究中心江苏省南京市210096 南京工程学院通信工程学院江苏省南京市210067

具有多模态波特征的转子系统碰摩声发射源信号在复杂体波导传播过程中,由于各模态波的速度差异及波形变异,常规的相关分析算法难以得到准确的时间差而无法进行准确的声源定位。针对这一问题,引入广义互相关(generalized cross correlati... 详细信息

具有多模态波特征的转子系统碰摩声发射源信号在复杂体波导传播过程中,由于各模态波的速度差异及波形变异,常规的相关分析算法难以得到准确的时间差而无法进行准确的声源定位。针对这一问题,引入广义互相关(generalized cross correlation,GCC)时延估计方法计算声发射信号的达到时间差。基于模态声发射和随机过程理论建立声发射信号的传播模型,为消除噪声对定位的影响,提出基于相同分数阶因子和不同分数阶因子的最佳线形分数傅里叶(Fourier)变换域滤波的GCC时延估计;针对声发射信号在传播中因频散效应引起的波形变异,导致无法获取最大相关点的问题,提出对信号进行分段相关乘积处理和分段相关指数变换处理的改进方法。实验结果表明,GCC时延估计对在复杂体机构中传播的声发射信号能获得较好的相关性,具有较高的定位精度。

关键词：声发射定位广义互相关时延估计分数傅里叶变换

粒子群优化小波神经网络用于碰摩声发射源定位

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中国电机工程学报 2009年第32期29卷 83-87页

作者：邓艾东赵力包永强东南大学江苏省南京市210096 南京工程学院通信工程学院江苏省南京市210067

针对时差定位法受不同模式波速度差异及波形传播畸变等因素影响的问题,将神经网络技术应用到声发射源定位中。在通常的BP小波神经网络中,BP算法实质上是一种基于梯度下降法的局部搜索算法,易使网络陷入局部最小值而使得搜索成功概率较... 详细信息

针对时差定位法受不同模式波速度差异及波形传播畸变等因素影响的问题,将神经网络技术应用到声发射源定位中。在通常的BP小波神经网络中,BP算法实质上是一种基于梯度下降法的局部搜索算法,易使网络陷入局部最小值而使得搜索成功概率较低。作为改进,利用粒子群算法对小波神经网络中的参数进行优化,然后再利用基于粒子群优化的小波神经网络进行声发射源定位。仿真实验结果表明,选择合适的网络结构和输入参数,粒子群优化算法可以准确定位碰摩位置,且计算更加简单有效,具有良好的应用前景和进一步研究的价值。

关键词：声发射定位粒子群优化小波神经网络

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噪声环境下基于小波熵的声发射识别

东南大学学报（自然科学版） 2009年第6期39卷 1151-1155页

作者：邓艾东赵力包永强高亹东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 东南大学信息科学与工程学院南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067

针对声发射技术在旋转机械故障检测中的强噪声干扰问题,提出了一种基于小波熵的声发射检测算法.该算法首先给定一个合理的阈值,对声发射信号进行小波分解.然后进行分帧处理,使信号在较短的时间间隔内保持特性基本不变,从而求出每一帧信... 详细信息

针对声发射技术在旋转机械故障检测中的强噪声干扰问题,提出了一种基于小波熵的声发射检测算法.该算法首先给定一个合理的阈值,对声发射信号进行小波分解.然后进行分帧处理,使信号在较短的时间间隔内保持特性基本不变,从而求出每一帧信号的小波熵.通过比较每一帧信号的小波熵值与阈值的大小,判断该信号为声发射帧还是噪声帧.为了检验算法的检测效果,在转子实验台上获得碰摩声发射信号,并在测试数据上叠加不同信噪比的高斯白噪声和非平稳噪声,进行声发射识别.实验结果表明:该算法具有较高的识别正确率;在低信噪比环境下,通过调整阈值的可调参数可以有效提高识别的正确率.

关键词：声发射小波熵识别

基于能量衰减模型的转子碰摩声发射源次梯度投影定位方法

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机械工程学报 2010年第9期46卷 66-72页

作者：邓艾东包永强赵力东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067 东南大学信息科学与工程学院南京210096

由于旋转机械结构的复杂性,转子碰摩声发射信号在复杂体结构的传播过程中,多模态波传播速度不同且信号畸变严重,传统的时差定位法难以得到准确的碰摩源。根据声发射信号传播时能量与声源距离按反比关系衰减的特点,建立信号能量衰减模型... 详细信息

由于旋转机械结构的复杂性,转子碰摩声发射信号在复杂体结构的传播过程中,多模态波传播速度不同且信号畸变严重,传统的时差定位法难以得到准确的碰摩源。根据声发射信号传播时能量与声源距离按反比关系衰减的特点,建立信号能量衰减模型,将目标声源位置限定于圆心和半径都为传感器对的能量比函数的超球上,并将定位问题转化为估计问题,采用自适应次梯度投影系统估计算法逼近声源位置。该方法基于能量比而非能量,因此即使在声源能量显著变化时其定位精度也不会受到显著影响。当安装多对传感器时,可以决定更多的超球,因此该方法还适用于多只传感器组成的阵列定位。在转子试验台上模拟碰摩故障,采用该算法进行碰摩源定位。试验结果表明,该算法具有比时延估计算法更高的定位精度,且具有良好的收敛性能和较低的计算复杂度。

关键词：声发射定位能量衰减次梯度投影

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基于模糊熵的转子碰摩声发射信号的识别

机械工程学报 2010年第3期46卷 71-75,82页

作者：邓艾东赵力包永强东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 东南大学信息科学与工程学院南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067

利用模糊熵理论来度量转子碰摩声发射信号的特征参数相对于不同碰摩状态识别模式的不确定度。根据碰摩声发射信号的特点,选用平均信号电平、幅度、幅度动态范围以及小波包分解信号前四个节点重构信号的能量值作为声发射信号识别的特征参... 详细信息

利用模糊熵理论来度量转子碰摩声发射信号的特征参数相对于不同碰摩状态识别模式的不确定度。根据碰摩声发射信号的特点,选用平均信号电平、幅度、幅度动态范围以及小波包分解信号前四个节点重构信号的能量值作为声发射信号识别的特征参数,由训练样本确定各特征参数针对不同碰摩类别的基于高斯形式的隶属度函数,并由隶属函数得到特征参数与类别之间的模糊关系矩阵。由于各特征参数对于声发射信号识别的有效性不同,因此在计算模糊关系矩阵时引入有效度系数,提出一种利用模糊熵定义有效度系数的方法。结合该系数得到修正的模糊关系矩阵并计算综合评价模糊集合,选择隶属度最大的类别作为识别结果。在转子试验台上采集的不同碰摩状态的声发射信号进行验证,试验结果表明,模糊综合评价方法是一种有效的声发射识别手段,并可以利用参数有效性的差异来提高识别效率。

关键词：声发射模糊熵有效性系数信号识别

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基于高斯混合模型的转子碰摩声发射识别方法

机械工程学报 2010年第15期46卷 52-58页

作者：邓艾东包永强赵力东南大学能源与环境学院南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067 东南大学信息科学与工程学院南京210096

基于模态声发射和窄带信号理论,给出描述多模态特征的声发射信号(Acoustic emission,AE)的表达式,提出基于倒谱系数和分形维相结合作为特征参数的高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的碰摩声发射识别方法。该识别模型对碰摩声发... 详细信息

基于模态声发射和窄带信号理论,给出描述多模态特征的声发射信号(Acoustic emission,AE)的表达式,提出基于倒谱系数和分形维相结合作为特征参数的高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的碰摩声发射识别方法。该识别模型对碰摩声发射信号中不同模态波的特征矢量所具有的概率密度函数进行建模,将这些特征矢量进行聚类,每一类均作为一个多维高斯分布函数,以每一类的均值、协方差矩阵和出现的概率作为每种模态波的训练模板,识别时将待测碰摩声发射信号的特征矢量代入每个模板,采用最大比合并的方法对高斯模型似然概率进行加权得到总似然概率,当该值大于设定的门限,即可判定存在碰摩声发射。在转子试验台上获得碰摩AE信号,根据AE信号在传播过程中的波型并结合其分形曲线进行分类,由此确定GMM的模型输入类型;然后对所有测试数据叠加不同信噪比的高斯白噪声和非平稳噪声,再利用上述模型进行识别。试验结果表明,该模型具有较高的识别率,并具有较好的抗噪声能力。

关键词：声发射识别高斯混合模型倒谱系数分形维

基于梯度法的自适应广义形态滤波在碰摩声发射信号降噪中的应用

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中国电机工程学报 2011年第8期31卷 87-92页

作者：蒋章邓艾东蔡宾宏东南大学火电机组振动国家工程研究中心江苏省南京市210096 安徽电力设计院安徽省合肥市230022

现场实测的碰摩声发射信号常淹没在各种噪声中,阻碍了碰摩声发射信号的识别,因此声发射信号降噪是声发射应用的核心技术。基于数学形态学的基本形态变换及其组合形式,该文提出了一种采用梯度法实现广义形态开、闭滤波器自适应加权组合... 详细信息

现场实测的碰摩声发射信号常淹没在各种噪声中,阻碍了碰摩声发射信号的识别,因此声发射信号降噪是声发射应用的核心技术。基于数学形态学的基本形态变换及其组合形式,该文提出了一种采用梯度法实现广义形态开、闭滤波器自适应加权组合的广义形态滤波器,将其应用于碰摩声发射信号的降噪中。实验结果表明,通过选取恰当的结构元素与步长参数,基于梯度法的自适应广义形态滤波器对碰摩声发射信号能取得较好的的降噪效果,相比于传统形态滤波器能够获得更高的信噪比,为碰摩声发射信号降噪提供了一种有效的途径。

关键词：声发射降噪广义形态滤波器碰摩梯度法

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基于DFT与ECA的滚动轴承故障诊断

振动．测试与诊断 2024年第4期44卷 754-760,830页

作者：张顺邓艾东徐硕丁雪东南大学大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心南京210096

针对滚动轴承故障诊断中传统卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)提取特征的感受野受限于卷积核大小的问题,提出了一种结合离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,简称DFT)和高效通道注意力(efficient channel at... 详细信息

针对滚动轴承故障诊断中传统卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)提取特征的感受野受限于卷积核大小的问题,提出了一种结合离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,简称DFT)和高效通道注意力(efficient channel attention,简称ECA)的卷积神经网络模型(convolutional neural network combining discrete Fourier transform and efficient channel attention,简称DFT-ECANet)。首先,将原始振动信号通过DFT变换到频域,在频域上经卷积和离散傅里叶逆变换(inverse discrete Fourier transform,简称IDFT)转换到时域,使信号在时域上具有全局的感受野;其次,将该信号与经过卷积的数据在通道维度上进行拼接,通过ECA为各通道数据分配权重,并关注诊断性能高的特征;最后,通过多个卷积-池化层进一步提取模型深层特征,结合池化层和全连接层诊断轴承故障。实验结果表明:DFT-ECANet在原始振动数据集上具有较高的诊断精度和较好的泛化性能,通过T分布随机近邻嵌入(T-distributed stochastic neighbor embedding,简称T-SNE)可降维可视化模型的诊断过程;在强噪声干扰下仍能保持较高的精度,具备较强的鲁棒性和抗噪性能。

关键词：滚动轴承故障诊断卷积神经网络离散傅里叶变换高效通道注意力

旋转机械碰摩声发射信号的分形特征分析算法研究

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仪器仪表学报 2008年第6期29卷 1285-1289页

作者：邓艾东包永强高亹赵力东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067

本文针对盒维和关联维运算复杂度高、Katz维的精度不高的特点,提出了一种基于波形的分形维计算方法,介绍了分形维算法的推导过程。实验数据是在转子实验台上采集的碰摩声发射信号,通过在该信号上叠加高斯白噪声和非平稳噪声来获得模拟... 详细信息

本文针对盒维和关联维运算复杂度高、Katz维的精度不高的特点,提出了一种基于波形的分形维计算方法,介绍了分形维算法的推导过程。实验数据是在转子实验台上采集的碰摩声发射信号,通过在该信号上叠加高斯白噪声和非平稳噪声来获得模拟的强噪声污染的声发射信号,然后将分形维算法对该信号进行有效声发射信号识别。理论分析和实验结果表明:该算法具有更强区分噪声和声发射信号的能力,无论在复杂度、精确度还是在抗噪性能方面均优于现有的分维算法,能够在强噪声环境下反映碰摩声发射的发生,为碰摩声发射的特征识别与分析提供了一条新的途径。

关键词：声发射分形维碰摩噪声