基于小波网络的冲激信号检测方法研究

论文摘要

本文研究了利用小波网络方法在强烈振动信号背景下检测瞬态冲激的问题,并用实际振动信号检验了这种方法的效果。在大型结构及桥梁状态监测研究领域,桁架结构的个别杆件松动或板壳出现裂纹是导致系统失效的主要故障之一。结构出现此类故障的初期,当外载荷发生较大变化时,系统内部的局部损伤部位会出现失稳现象,而局部失稳后会导致载荷在瞬间重新分配。结构内部的载荷重新分配过程在结构外部也会有所表现:测试结构的振动加速度,可以观察到随着载荷的变化,系统响应中会出现间歇性的冲激信号。因此,监测系统响应中的冲激现象可以发现系统内部的损伤情况。但是,实际状态监测系统所采集到的信号是结构在随机工作载荷作用下的响应,杆件失稳或板壳裂纹所导致的异常冲激响应淹没在工作载荷产生的正常随机信号之中,在时域波形上很难进行直观识别。而冲激信号和随机响应都有很宽的频带并且相互重叠,因而也很难在频域直观分辨。大型结构及桥梁等力学系统在外力作用下产生响应的过程中,结构本身是一个多自由度二阶线性系统。相对于杆件松动、板壳裂纹所产生的冲激响应,结构承受的交通、风力、温度变化、大地脉动等等载荷所产生的响应的性质是连续且变化相对缓慢,因此,可以利用小波变换从大背景噪声中将瞬间冲激分离出来,从而达到监测结构损伤的目的。为此,本文利用第二代小波的多尺度和良好的时频特性,以及用信息熵来反应信号的统计分布特性,处理含有冲激的振动信号,结果表明:用第二代小波熵的分析方法能够准确的从强背景噪声中确定冲激信号出现的时刻。论文第一章是绪论,介绍了研究工作的背景和意义;第二章介绍了小波分析基本概念和理论,最后介绍小波网络基本概念;第三章探讨小波网络构造、学习算法以及小波网络中的小波基的选择;最后将小波网络应用在振动信号消噪中;第四章探讨了第二代小波熵,并将弱振动冲击信号定位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 稳态或准稳态振动信号的分析方法
• 1.2.2 非平稳振动信号的处理方法
• 1.3 论文结构安排
• 第二章 小波分析与小波网络
• 2.1 小波分析基础
• 2.1.1 小波变换
• 2.1.2 离散化的小波变换
• 2.1.3 多分辨分析
• 2.2 小波网络
• 2.2.1 小波网络的发展
• 2.2.2 小波网络的分类
• 2.3 小波网络在振动工程中的应用
• 第三章 小波网及振动信号消噪中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 离散正交小波网络
• 3.2.1 离散正交小波网络结构
• 3.2.2 离散正交小波网络训练
• 3.2.3 离散正交小波网络初始化及隐层节点的确定
• 3.2.4 小波函数选择
• 3.3 消噪原理
• 3.4 实验
• 3.4.1 数字仿真实验
• 3.4.2 实测信号消噪实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于第二代小波熵的弱振动冲击信号定位
• 4.1 引言
• 4.2 第二代小波变换的自适应变换
• 4.2.1 第二代小波变换
• 4.2.2 第二代小波变换自适应变换
• 4.3 弱冲击信号的定位方法
• 4.3.1 第二代小波变换熵
• 4.3.2 第二代小波熵阈值
• 4.3.3 弱冲击信号的定位方法
• 4.4 实验
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢