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雷达微弱振动测量技术研究

雷达微弱振动测量技术研究

作者：李宇麒北京理工大学

学位级别：硕士

振动是自然界中最常见的现象之一,包含了振动物体的重要信息。相对于传统的振动测量方法,雷达测振具有成本低、精度高、安装要求低等优势,因此对于雷达振动测量方法的研究是十分有意义的。在很多工程结构和地理结构的振动测量领域,振动... 详细信息

振动是自然界中最常见的现象之一,包含了振动物体的重要信息。相对于传统的振动测量方法,雷达测振具有成本低、精度高、安装要求低等优势,因此对于雷达振动测量方法的研究是十分有意义的。在很多工程结构和地理结构的振动测量领域,振动幅度往往都比较小、振动频率也比较低,这种振动的雷达测量方法就是本文针对的研究对象。本文的研究主要包括三个部分——雷达微弱振动的测量原理的研究、实孔径雷达微弱振动参数测量方法的研究和MIMO雷达图像域微弱振动测量方法的研究。具体的研究内容和研究成果如下所示:1.雷达微弱振动的测量原理针对微弱振动的测量,本文对雷达测振的物理模型和回波信号模型进行了详细分析。从中可以发现,微弱振动虽然不能直接通过距离向聚焦的结果测量,但是可以通过对距离信息更加敏感的相位部分进行测量。回波信号经过距离向聚焦后,其相位变化序列包含了所有振动信息,因此雷达微弱振动测量方法的核心就是从相位中提取出所有的振动参数。另外,这一部分也对雷达振动测量的克拉美罗界进行了分析,分别给出了振动幅度估计和振动频率估计的克拉美罗下界。2.实孔径雷达微弱振动参数测量方法实孔径雷达微弱振动参数测量主要分为两个部分——振动频率的测量和振动幅度的测量。通过蒙特卡洛分析两个部分的不同算法的性能,可以得到振动参数估计方法的选择策略:当信噪比小的时候,利用复信号进行振动参数估计的性能更好;当信噪比大的时候,利用相位进行振动参数估计的性能更好。另外,本文还提出了一种改进的多谐波对拟合振动幅度估计方法,相较于其他几种利用复信号频谱谐波估计振动幅度的方法有着更好的鲁棒性,更能适应信噪比的变化。无论信噪比是高是低,其估计性能相较于其他几种方法都能维持在比较良好的状态。***雷达图像域微弱振动测量方法常用的实孔径雷达不能获得振动物体的二维位置,也不能同时获得整个监测场景的振动分布情况。为了解决这个问题,本文提出了MIMO雷达图像域微弱振动测量方法,利用MIMO雷达快速获取成像数据的能力,通过对连续的成像结果的处理实现了同时对整个监测区域的振动测量。其中,最重要的两个步骤是振动检测和振动参数估计。在振动检测部分,本文提出了一种基于振动相似度的振动检测方法,振动相似度是本文提出的一种表征被检测信号与理想振动信号的相似程度的量化指标。在振动参数估计部分,本文选择了MUSIC-LSE的估计方法对振动频率和振动幅度进行了估计。该方法的有效性,通过仿真、振动标定仪试验、振动汽车试验、高铁桥试验进行了验证。

关键词：微弱振动谐波对 MIMO雷达区域测振振动检测

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微弱振动的光干涉测量方法

信阳师范学院学报（自然科学版） 1992年第4期5卷 413-417页

作者：汪逸新

本文介绍一种采用光干涉、并运用微机辅助进行微弱振动体动态幅度测量的方法,给出了10^(-6)m量级振动的测试结果.

关键词：微弱振动干涉仪光电检测

基于最小二乘法和SSA算法的行星齿轮箱微弱振动故障探测

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计算机测量与控制 2024年第11期32卷 56-62,71页

作者：严峰军西安思源学院西安710038

行星齿轮箱是一种常用于工业机械和车辆传动系统中的重要装置,其长期运转和负荷导致行星齿轮箱存在着微弱振动故障的风险,通过研究行星齿轮箱微弱振动故障的特征和变化趋势,可以提前发现潜在故障迹象,提高齿轮箱的安全性;然而,行星齿轮... 详细信息

行星齿轮箱是一种常用于工业机械和车辆传动系统中的重要装置,其长期运转和负荷导致行星齿轮箱存在着微弱振动故障的风险,通过研究行星齿轮箱微弱振动故障的特征和变化趋势,可以提前发现潜在故障迹象,提高齿轮箱的安全性;然而,行星齿轮箱微弱振动信号具有复杂的时域和频域特征,且其振动信号非常微弱,并富含大量噪声,为行星齿轮箱的故障探测工作带来较大难度;为此,提出基于最小二乘法和SSA算法的行星齿轮箱微弱振动故障探测方法;模拟行星齿轮箱工作与振动流程,根据不同故障下齿轮箱的工作特征,设置微弱振动故障探测标准;采集行星齿轮箱微弱振动信号,利用最小二乘法降低行星齿轮箱微弱振动信号中的噪声含量;利用SSA算法提取行星齿轮箱微弱振动信号特征,根据提取特征与设置标准的匹配,得出故障类型和故障参数的探测结果;通过性能测试实验得出结论:所提方法探测行星齿轮箱微弱振动信号的信噪比明显降低,故障探测范围扩大了353.94 mm^(2),具有较好的探测能力。

关键词：最小二乘法 SSA算法行星齿轮箱微弱振动故障探测

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双光栅测微弱振动实验中光拍成像质量的改进

物理与工程 2019年第5期29卷 72-77页

作者：王鑫磊黄锐陈紫媛王亚芳中国地质大学数理学院

文章针对大学物理实验'双光栅测微弱振动'中光拍信号容易出现'毛刺'和'包络'的问题开展了实验研究。针对'毛刺'信号,分析发现是由于众平行光束叠加后,产生的拍频含有丰富的高次谐波,表现在波形上是'毛刺'。利用Matlab的GUI程序仿真模拟... 详细信息

文章针对大学物理实验'双光栅测微弱振动'中光拍信号容易出现'毛刺'和'包络'的问题开展了实验研究。针对'毛刺'信号,分析发现是由于众平行光束叠加后,产生的拍频含有丰富的高次谐波,表现在波形上是'毛刺'。利用Matlab的GUI程序仿真模拟进行验证,然后根据分析的结果,得出将光栅间距控制在一定范围内可以解决'毛刺'。针对'包络'问题,通过理论分析找到其产生的原因是单振动光栅的衍射光边缘的强度变化,进一步分析发现是光栅振动同时伴随的转动造成的。在振动光栅后加光阑抑制衍射光的边缘部分,从而消除'包络'。

关键词：双光栅微弱振动仿真模拟包络毛刺

基于聚类-短时傅里叶变换的微弱振动信号时频分析方法

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基于聚类-短时傅里叶变换的微弱振动信号时频分析方法

2022中国自动化大会

作者：刘鲁缘陈家绪刘琳张兆维殷俊潘甦南京邮电大学物联网学院

针对机械设备的微弱振动信号,常规的短时傅里叶变换方法难以分析其时频变化,导致信号检测概率很低。为解决此问题,提出了基于聚类-短时傅里叶变换的检测方法。首先,对接收信号进行短时傅里叶变换,然后,每个短时窗口内选择若干较大元素... 详细信息

针对机械设备的微弱振动信号,常规的短时傅里叶变换方法难以分析其时频变化,导致信号检测概率很低。为解决此问题,提出了基于聚类-短时傅里叶变换的检测方法。首先,对接收信号进行短时傅里叶变换,然后,每个短时窗口内选择若干较大元素并对其进行凝聚式层次聚类,最后,根据聚类结果计算信号的时频二维分布。仿真结果表明:该方法能够显著地提高微弱振动信号的时频检测概率,适用于众多微弱振动信号场景。

关键词：微弱振动层次聚类短时傅里叶变换时频分析

来源： cnki会议评论

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便携式微弱振动加速度测量系统

便携式微弱振动加速度测量系统

四川省振动工程学会2002年学术会议

作者：徐有刚周帮友杜强中国工程物理研究院结构力学研究所中国工程物理研究院结构力学研究所中国工程物理研究院结构力学研究所

为提高现有的加速度传感器的灵敏度,采用专用电荷放大器,同已有的数据采集器和测量分析软件集成,组成了便携式“微弱振动信号加速度测量系统”。实践表明,本系统能对微弱的振动加速度进行现场测量,满足测量技术要求,有较高的测量精度

关键词：微弱振动传感器高灵敏度测量分析

来源： cnki会议评论

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微细铣削刀具二维振动测量用光纤束设计

激光杂志 2022年第10期43卷 159-163页

作者：贾丙辉南京工程学院机械工程学院南京211167

由于微铣刀具有尺寸小,振动弱,转速高等显著特征,其振动检测异常困难。为解决该难题,提出了一种基于光强调制的微铣刀二维振动测量方法。该方法将发射光纤和接收光纤束对称地布置在微铣削刀具两边,借助刀具对发射光纤与接收光纤之间空... 详细信息

由于微铣刀具有尺寸小,振动弱,转速高等显著特征,其振动检测异常困难。为解决该难题,提出了一种基于光强调制的微铣刀二维振动测量方法。该方法将发射光纤和接收光纤束对称地布置在微铣削刀具两边,借助刀具对发射光纤与接收光纤之间空间光场的调制实现刀具振动测量。为获取合适的光纤束设计参数,分别仿真分析了发射光纤和接收光纤的距离,光纤束设计参数(光纤直径,数值孔径等)对光纤束光强调制特性的影响,基于此,选定了光纤束设计参数。结果表明:所设计光纤束可用于微细刀具横向500μm,纵向150μm范围内二维振动的测量。为微细铣削刀具振动测量提供了一种新的测量手段。

关键词：微细刀具微弱振动光纤二维振动