本发明专利技术提供一种周期信号增强检测装置及方法，该检测装置包括信号接收与预处理模块，功率放大器，激振器，三稳悬臂梁物理装置，激光位移传感器，加速度传感器和示波器；信号接收与预处理模块的输出接口与功率放大器的输入接口相连；功率放大器的输出接口与激振器的输入接口相连；三稳悬臂梁物理装置通过螺栓连接到激振器的工作台上；激光位移传感器安装在合适的支架上，确保激光束对准三稳悬臂梁物理装置中的悬臂梁自由振动端；加速度传感器通过螺栓连接到三稳悬臂梁物理装置上；激光位移传感器和加速度传感器的输出接口分别连接到示波器的两个不同的输入通道上。该检测装置及方法具有原理简单、物理实现、检测效果好、普适性强等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微弱信号检测
，具体的说，是涉及一种周期信号的增强检测装置及方法。
技术介绍
工程中存在一些周期信号，比如旋转设备产生的振动或声音信号、人体中产生的脑电或心电信号、水下或结构中的超声探测信号等。这些周期信号携带了非常有用的信号源信息，因而能够准确有效地检测出周期信号具有十分重要的意义。具体的说，旋转机械设备的故障检测和诊断技术通过分析采集到的振动或声学信号，可以获得设备的运行状态和健康信息。旋转设备在发生故障时会产生周期性的冲击振动，反映在了采集到的振动或声学信号中。通过对信号中冲击周期的检测，可以判断该设备是否有故障或者发生了哪种故障，这对保障设备安全运行，减少停机损失等方面具有重要意义。但是，通过传感器采集到的信号不可避免地包含了噪声，而噪声使得对周期信号的有效提取和检测变得很困难。随机共振是一种能够利用噪声增强周期信号的非线性方法，其独特的特点使得其被应用于机械故障诊断等周期信号检测领域。当前利用随机共振进行信号增强的方法主要集中在数字信号处理方面。然而，这些方法所基于的计算机平台往往提供了过于理想的计算环境，使得随机共振实施过程得到了全面的优化以适应特定的含噪声信号；同时，基于数字信号处理技术的随机共振方法往往结合其它复杂算法一起使用，使得实施过程变得更为复杂，不易于在线检测。目前基于随机共振的微弱信号检测也有一些采用模拟电路的检测技术，这些技术通过搭建复杂的模拟电路系统实现随机共振检测。然而，这类技术存在的主要问题是检测电路系统的参数调节不容易实现自动化和智能化，因而往往对实际周期信号的普适性检测存在很大的限制。由上可知，对现有的基于随机共振的周期信号检测技术来说，基于数字信号处理和模拟电路系统的两种技术方案都存在一定的局限性，如何实现简易的、普适性强的技术方案仍然需要进一步探讨。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新的基于随机共振原理的含噪声周期信号增强检测装置及方法，该装置及方法基于一种物理装置而不是传统的数字信号处理或模拟电路系统实现随机共振，该装置被安装在激振器上，能够直接增强输入激振器的含噪声信号中的周期成分，实现周期信号的增强检测。本专利技术采用的技术方案为:一种周期信号增强检测装置，该检测装置包括信号接收与预处理模块，功率放大器，激振器，三稳悬臂梁物理装置，激光位移传感器，加速度传感器和示波器；信号接收与预处理模块的输出接口与功率放大器的输入接口相连；功率放大器的输出接口与激振器的输入接口相连；三稳悬臂梁物理装置通过螺栓连接到激振器的工作台上；激光位移传感器安装在合适的支架上，确保激光束对准三稳悬臂梁物理装置中的悬臂梁自由振动端；加速度传感器通过螺栓连接到三稳悬臂梁物理装置上；激光位移传感器和加速度传感器的输出接口分别连接到示波器的两个不同的输入通道上；其中，所述信号接收与预处理模块，包括信号接收模块、信号解调处理模块、信号尺度变换模块；所述三稳悬臂梁物理装置，包括左基座、弹性基体、第一永磁铁、第二永磁铁、第三永磁铁、第一永磁铁座、第二永磁铁座、右基座、第一调节螺栓、第二调节螺栓和第三调节螺栓；弹性基体采用金属弹片；其中弹性基体一端夹持在左基座上构成悬臂梁；第一永磁铁粘在弹性基体的自由端上；第二永磁铁和第三永磁铁分别粘在第一永磁铁座和第二永磁铁座上；第一永磁铁座和第二永磁铁座分别通过第一调节螺栓和第二调节螺栓连接到右基座上；左基座和右基座通过第三调节螺栓连接形成整体基座，第二永磁铁和第三永磁铁在水平方向上极性相同；第一永磁铁在水平方向上极性和第二永磁铁或第三永磁铁相反；第二永磁铁和第三永磁铁在水平方向上关于弹性基体对称；通过调整第三调节螺栓，能够调整第一永磁铁的右表面到第二永磁铁或第三永磁铁的左表面在水平方向上的距离d ;通过调整第一调节螺栓和第二调节螺栓，能够调整第二永磁铁和第三永磁铁在竖直方向上的中心距离P ;把装置整体安装在激振器的工作面上，则激振器的振动通过整体基座作用到弹性基体的固定端，从而引起弹性基体和第一永磁铁在竖直方向即X轴上的振动。进一步的，弹性基体采用铝弹片、铜弹片或者钛合金弹片。进一步的，第一永磁铁、第二永磁铁和第三永磁铁为钕铁硼磁铁、钐钴磁铁或铁氧体磁铁，磁铁形状可为矩形或圆柱形。另外，本专利技术提供一种周期信号增强检测方法，该检测方法包括信号接收与预处理、信号转换、信号增强和信号采集和记录四个实施步骤:步骤一，对采集到的含噪声周期信号，如果存在待检测周期信号调制其他高频成分的现象，需要对信号先作解调处理，然后根据周期所处范围进行变尺度转换，得到预处理过的信号；步骤二，将所述预处理过的信号输入功率放大器，将放大后的信号输入激振器，实现电信号到机械振动的转换；步骤三，安装在激振器上上述的三稳悬臂梁物理装置对机械振动中的周期成分进行增强；步骤四，采集和记录上述的信号增强检测装置的输入和输出信号。进一步的，所述步骤一中的解调处理采用包络解调方法，包络解调方法采用希尔伯特变换解调法，或者采用能量算子解调法。进一步的，所述步骤一中的变尺度转换是通过选择一个变尺度因子X，X大于等于1，将原信号进行X倍快放或者X倍慢放，使得原信号的故障频率被调整到三稳悬臂梁装置的有效工作范围内。本专利技术的优点和积极效果为:(1)、与现有技术相比，本专利技术公开了一种周期信号的增强检测装置及方法，能够利用一种物理装置实现随机共振，直接增强输入物理装置的含噪声信号中的周期成分，实现周期信号的增强检测。该检测装置及方法具有原理简单、物理实现、检测效果好、普适性强等优点。(2)、本专利技术装置还具有以下优点:结构简单、制作材料容易获得且价格便宜、容易实现小型化和模块化改进、制作和装配过程简单、易于实现批量生产等。本专利技术方法原理简单、容易理解，故使用人员不需要很深的专业背景知识；实现该方法的操作过程直观、方便，操作人员也不需要经过专业的训练即可动手操作。【附图说明】图1为周期信号增强检测装置结构图。图中标号名称:1_1为接收与预处理模块，1-2为功率放大器，1-3为激振器，1-4为三稳悬臂梁物理装置，1-5为激光位移传感器，1-6为加速度传感器，1-7为示波器。图2为三稳悬臂梁物理装置结构图。图中标号名称:2_1为左基座、2-2为弹性基体、2-3和2-4和2-10为永磁铁、2-5和2_8为永磁铁座、2_7为右基座、2_6和2_9和2_11为调节螺栓。图3为周期信号增强检测技术实施流程图。图4为振子在X轴方向移动时由悬臂梁产生的弹性恢复力和磁铁相互作用产生的非线性排斥力共同形成的非线性势函数U (X)。图5为实施例输入信号波形图。图6为实施例输出信号波形图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。由
技术介绍
可知，现有的基于随机共振原理的周期信号增强检测技术主要基于数字信号处理和模拟电路系统实现随机共振，存在实施过程复杂、参数不易调节等缺点。因此本专利技术公开了一种周期信号增强检测装置及技术，能够利用一种物理装置实现随机共振，直接增强输入物理装置的含噪声信号中的周期成分，实现周期信号的增强检测，具有原理简单、物理实现、检测效果好、普适性强等优点。实施例一根据上述
技术实现思路
和附图1的一种周期信号增强检测装置结构图，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种周期信号增强检测装置，其特征在于，该检测装置包括信号接收与预处理模块（1），功率放大器（2），激振器（3），三稳悬臂梁物理装置（4），激光位移传感器（5），加速度传感器（6）和示波器（7）；信号接收与预处理模块（1）的输出接口与功率放大器（2）的输入接口相连；功率放大器（2）的输出接口与激振器（3）的输入接口相连；三稳悬臂梁物理装置（4）通过螺栓连接到激振器（3）的工作台上；激光位移传感器（5）安装在合适的支架上，确保激光束对准三稳悬臂梁物理装置（4）中的悬臂梁自由振动端；加速度传感器（6）通过螺栓连接到三稳悬臂梁物理装置（4）上；激光位移传感器（5）和加速度传感器（6）的输出接口分别连接到示波器（7）的两个不同的输入通道上；其中，所述信号接收与预处理模块，包括信号接收模块、信号解调处理模块、信号尺度变换模块；所述三稳悬臂梁物理装置，包括左基座（1）、弹性基体（2）、第一永磁铁（3）、第二永磁铁（4）、第三永磁铁（10）、第一永磁铁座（5）、第二永磁铁座（8）、右基座（7）、第一调节螺栓（6）、第二调节螺栓（9）和第三调节螺栓（11）；弹性基体（2）采用金属弹片；其中弹性基体（2）一端夹持在左基座（1）上构成悬臂梁；第一永磁铁（3）粘在弹性基体（2）的自由端上；第二永磁铁（4）和第三永磁铁（10）分别粘在第一永磁铁座（5）和第二永磁铁座（8）上；第一永磁铁座（5）和第二永磁铁座（8）分别通过第一调节螺栓（6）和第二调节螺栓（9）连接到右基座（7）上；左基座（1）和右基座（7）通过第三调节螺栓（11）连接形成整体基座，第二永磁铁（4）和第三永磁铁（10）在水平方向上极性相同；第一永磁铁（3）在水平方向上极性和第二永磁铁（4）或第三永磁铁（10）相反；第二永磁铁（4）和第三永磁铁（10）在水平方向上关于弹性基体（2）对称；通过调整第三调节螺栓（11），能够调整第一永磁铁（3）的右表面到第二永磁铁（4）或第三永磁铁（10）的左表面在水平方向上的距离d；通过调整第一调节螺栓（6）和第二调节螺栓（9），能够调整第二永磁铁（4）和第三永磁铁（10）在竖直方向上的中心距离p；把装置整体安装在激振器的工作面上，则激振器的振动通过整体基座作用到弹性基体（2）的固定端，从而引起弹性基体（2）和第一永磁铁（3）在竖直方向即x轴上的振动。...
【技术特征摘要】
1.一种周期信号增强检测装置，其特征在于，该检测装置包括信号接收与预处理模块(1)，功率放大器(2)，激振器(3)，三稳悬臂梁物理装置(4)，激光位移传感器(5)，加速度传感器(6)和示波器(7);信号接收与预处理模块(1)的输出接口与功率放大器(2)的输入接口相连；功率放大器(2)的输出接口与激振器(3)的输入接口相连；三稳悬臂梁物理装置(4)通过螺栓连接到激振器(3)的工作台上；激光位移传感器(5)安装在合适的支架上，确保激光束对准三稳悬臂梁物理装置(4)中的悬臂梁自由振动端；加速度传感器(6)通过螺栓连接到三稳悬臂梁物理装置(4 )上；激光位移传感器(5 )和加速度传感器(6 )的输出接口分别连接到示波器(7)的两个不同的输入通道上；其中，所述信号接收与预处理模块，包括信号接收模块、信号解调处理模块、信号尺度变换模块； 所述三稳悬臂梁物理装置，包括左基座(1)、弹性基体(2)、第一永磁铁(3)、第二永磁铁(4)、第三永磁铁(10)、第一永磁铁座(5)、第二永磁铁座(8)、右基座(7)、第一调节螺栓(6)、第二调节螺栓(9)和第三调节螺栓(11);弹性基体(2)采用金属弹片；其中弹性基体(2)—端夹持在左基座(1)上构成悬臂梁；第一永磁铁(3)粘在弹性基体(2)的自由端上；第二永磁铁(4)和第三永磁铁(10)分别粘在第一永磁铁座(5)和第二永磁铁座(8)上；第一永磁铁座(5)和第二永磁铁座(8)分别通过第一调节螺栓(6)和第二调节螺栓(9)连接到右基座(7 )上；左基座(1)和右基座(7 )通过第三调节螺栓(11)连接形成整体基座，第二永磁铁(4)和第三永磁铁(10)在水平方向上极性相同；第一永磁铁(3)在水平方向上极性和第二永磁铁(4)或第三永磁铁(10)相反；第二永磁铁(4)和第三永磁铁(10)在水平方向上关于弹性基体(2)对称；通过调整第三调节螺栓(11...
【专利技术属性】
技术研发人员：何清波，陆思良，孔凡让，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
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