弱信号检测方法及其在扭矩精确测量中的应用研究

发布时间：2017-12-18 07:27

  本文关键词：弱信号检测方法及其在扭矩精确测量中的应用研究

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【摘要】：扭矩作为反映螺纹紧固件装配质量的重要参数,对保障设备安全运行和提高使用寿命具有重要意义。工程实际中,由于扭矩信号非常微弱且易受外部噪声影响,信噪比较低,很难通过常规的滤波方法进行处理。弱信号检测作为检测被噪声淹没微弱信号的尖端技术,其应用范围遍及地质勘探、工业控制、航空航天、机械设计制造等领域,相关仪器已成为现代科学研究和工业生产中不可或缺的设备。本文通过对弱信号检测理论和方法进行研究,结合扭矩信号的特点对传统弱信号检测方法进行改进,并将改进的弱信号检测算法应用到实际微弱扭矩信号的检测中,最终研制出新的高精度弱信号检测设备以提高扭矩测量精度。本文首先对扭矩测量特点和研究意义进行了简要论述,在此基础上对当前国内外弱信号检测技术和扭矩传感器发展及现状做了综述性的分析。其次,本文对应变式扭矩测量原理进行概述。针对目前扭矩测量中广泛应用的电阻应变式传感器,分析了传感器输出信号特点和噪声来源及规律,给出了符合实际的扭矩信号数学模型。本文重点论述了小波阈值去噪算法的原理和方法,在此基础上提出了改进的弱信号检测算法,并通过MATLAB仿真验证了改进算法应用于扭矩弱信号检测的有效性和可行性。最后,设计并完成了一套扭矩测量系统。系统采用电阻应变式扭矩传感器采集扭矩变化时产生的微弱信号,经过信号调理电路对信号进行放大和滤波去除高频干扰,再由24位高精度Sigma-Delta模数转换器AD7192转换成数字信号后送至基于ARM Cortex-M4内核的数字信号控制器STM32F4进行处理,使用ARM-MDK编程实现小波阈值去噪后,再计算出相应的扭矩值,然后将得到的扭矩数值送LCD显示,并能通过无线方式传输,供远程数据记录和分析。为了方便用户使用和提高系统可靠性,系统允许设置扭矩测量限定条件。如果测得的扭矩数值达到或超过限定值,系统能够发出声光报警进行提示。测试结果表明,本文设计的扭矩测量系统测量精度可达0.6%F.S.,实现了扭矩的精确测量和实时显示,且系统功耗低,运行稳定可靠。本文的主要研究成果不仅可以直接应用于工具标定、螺纹装配和安全检测等实际扭矩检测中,而且对今后的弱信号检测和硬件实现具有一定的理论和实际意义。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.23;TH82

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本文编号：1303351