大型泵站压力管道流激振动分析与损伤识别研究

155/168大型泵站压力管道流激振动分析与损伤识不研究项目研究报告承担单位：甘肃省景泰川电力提灌治理局参加单位：华北水利水电大学兰州理工大学二O一三年六月前言为满足人们的生存需要以及经济进展和农业需求，自新中国成立以来，建成了专门多提灌工程，产生了巨大的综合效益，为当地老百姓带来了巨大的实惠。长期以来，为保证这些提灌工程的正常运行和人们的正常生活，国家对提灌工程（尤其是大型提灌工程）在政策与资金等各方面都给予了大力的支持。甘肃省景泰川电力提灌工程（以下称“景电工程”）长期以来一直享受0.04元/Kw·h的远低于成本价的电价保证提灌用电，正是这一系列的扶助与支持，使得景电提灌工程自建成以来，产生了巨大的综合效益，为当地老百姓带来了巨大的实惠，同时对区域生态环境的改善也做出了巨大的贡献。景电工程就其扬程、流量、装机容量、多梯级综合评价，被誉为“中华之最”。通过40多年的运行治理，工程产生了显著的社会效益、经济效益和生态效益。但同时由于长时刻负荷运行，景电工程大部分泵站在实际运行中均存在严峻的管道振动问题，特不是在同一泵站中多台机组共用一支管路的情况下，其运行过程中的管道振动问题尤为突出。这些振动要紧表现为高频率、大振幅、噪声大，对泵站的安全运行形成了明显的威胁。在实地测试中，景电工程各泵站压力管道在水泵开、停机瞬间和流量变化时的振动尤为突出。若管道长期振动，会产生疲劳破坏，严峻情况下就有可能造成结构损伤，对设备的安全和寿命有阻碍，甚至结构功能会失效。另外，针对景电工程大型泵站内的压力管道的激振测试和振动模态监测研究，由于资金、观念、技术等方面的缘故，一直没有开展，对泵站压力管道振动级不亦没有清晰的认识和深入的研究。为有效解决大型泵站压力管道的振动问题，防止由此引发的事故阻碍工程效益的发挥，对景电灌区各级泵站的压力管道流激振动分析与损伤识不做出科学的评价，景电治理局托付华北水利水电大学和兰州理工大学开展了本项目的研究。本课题是针对我国大型梯级泵站工程压力管道系统普遍存在的振动问题、噪音问题、输水能耗过高、水泵提水效率偏低等问题开展的应用型研究，是以研究阻碍大型梯级泵站压力管道振动的要紧因素和探求压力管道系统结构损伤机理的关键技术为要紧任务的。研究的要紧目的：（1）通过对大型泵站压力管道实际运行数据的监测分析和现场实验，客观地评价大型梯级泵站的压力管道实际振动状态，为大型梯级泵站压力管道的振动识辨提供必要的支持和参考；（2）通过泵站压力管道振动识辨分析，探寻泵站压力管道的振动激励源，为泵站压力管道的振动缘故分析提供理论依据和技术参考；（3）基于泵站压力管道振动识辨的分析，建立激励源与响应之间的内在关系，可为幸免管道、水流产生共振提供重要的理论分析基础，同时也能为泵站更新改造设计和安全运行提供必要地理论依据和技术支撑；（4）通过压力管道振动的辨识，探究压力管道损伤机理，提出管道结构的减振与避振措施，对泵站管道结构的优化设计和延长结构的使用寿命提供技术支持；（5）通过对泵站压力管道的振动模态和流固耦合有限元的分析，探究高扬程泵站压力管道的振动特点，为管道结构安全级不的判定提供技术支撑；（6）结合景电工程代表性泵站压力管道的振动实例监测，探究高扬程泵站压力管道结构损伤识不的方法和关键技术，为泵站管道结构的安全预防提供技术支撑，并可为我国同类工程的建设和安全运行提供可供参考的理论依据及技术手段。研究的要紧内容：（1）采纳DASP（DataAcquisition&SignalProcessing）测试系统对泵站压力管道的振动特性开展原位测试试验，要紧内容包括测试对象选定、试验系统设置、测点布置，现场试验数据信息的采集与分析；（2）针对DASP振动测试数据利用数学分析软件MATLAB进行小波降噪分析，然后采纳时域分析和频谱分析方法对不同工况下压力管道振动的信号数据进行管道振动激励源辨识，探寻管道振动振源的主频，判定激励源对管道振动模态的阻碍程度；（3）采纳功率谱方法，分析管道振动的要紧振源，研究相应的管道减振与避振措施，对泵站管道的优化设计和安全运行提供理论基础和技术支持；（4）建立了基于附加水体质量的简化流固耦合有限元模型，研究不同流态下压力管道的振动特征，为管道的损伤识不提供技术支持；（5）建立统计模式的损伤识不模型，采纳均值操纵图的分析方法，诊断压力管道的激振损伤程度，为压力管道的优化设计提供理论依据。以下几方面确保了本课题的可行性：（1）国内外的现有研究资料能够为本课题的理论分析提供理论基础；（2）甘肃省景电工程43座泵站压力管道振动现状和多年泵站运行治理经验能够为本课题的深入研究提供大量的现场资料和实际经验；（3）DASP虚拟测试、分析振动仪器与FLUENT软件相结合运用于压力管道振动测试及管道内水流流态分析，为本课题提供了技术支持。本课题研究工作始于2010年9月。课题组在研究过程中，深入分析研究了泵站压力管道流激振动和损伤识辨的方法，通过对近年来运行数据的整理分析以及DASP对泵站压力管道的振动测试，研究发觉：泵站管道的管网敷设不合理、进水流道内流态不稳定、实际过水量与设计输水量工况不匹配，管道安装初应力过大等缘故，是造成压力管道等过流部件的高频振动和损伤破坏的要紧缘故。项目从大型泵站压力管道的激振源识不、振动模态和损伤机理等方面入手开展研究、提出了改善管道布置型式、优化镇墩约束、优选管径和材质等管道的减振技术措施。通过采纳DASP原位振动测试和信号分析，探究了泵站压力管道的振动机理，提出了消除管道系统的激振力、提高结构的刚度、减小结构的振幅，增加系统的结构阻尼等一系列科学、有效、合理的降噪减振技术措施。实际应用表明，本项目所提出的泵站压力管道减振措施能够有效解决泵站压力管道在运行中的高频大幅度振动问题，提高泵站运行的安全可靠性，延长压力管道的使用寿命，减少维护费用，提高工程效益。本课题的研究具有较强的针对性和前瞻性。课题的研究结论一方面关于保障大型泵站压力管道结构的安全运行具有重大的现实意义，另一方面可为大型泵站压力管道系统的优化设计提供重要的理论依据和技术支撑；也可为现有同类工程的更新改造提供科学有用的新技术。因此，大型泵站压力管道振动识辨与损伤机理研究既有服务于正在运行工程高效使用的现实意义，又有指导待建工程进行合理设计的理论意义。项目在执行过程中，得到了甘肃省水利厅和各参研单位的大力支持。两年多来，经课题组全体同志的努力，研究任务已全部完成，并于2012年11月10日通过托付单位验收，部分成果已直接应用到工程设计和改造中，达到了科研服务于工程建设的目的。《大型泵站压力管道流激振动分析与损伤识不研究》课题组二O一二年十二月目录1研究背景和意义 12国内外的研究现状 52.1输水管道振动研究进展历史 52.2流激振动国内外研究现状 62.3国内外模态参数辨识与损伤诊断的研究现状 82.3.1国外模态参数辨识与安全操纵的研究现状 82.3.2国内模态参数辨识与安全操纵的研究现状 93研究内容、要紧研究方法和技术路线 123.1研究目的 123.2要紧研究内容 123.3要紧研究方法 143.4技术路线 153.5关键技术及创新点 164泵站压力管道现场试验 174.1压力管道振动试验测试系统设计 174.1.1传统振动测试方法 174.1.2DASP软件介绍 184.1.2实验对象 194.1.3系统组成与工作流程 224.2拾振器测点布置 234.2.1拾振器的选型 234.2.2拾振器的布置原则 244.2.3测点布置 254.3试验工况 284.4数据采集及参数设定 284.4.1差不多操作 284.4.2数据采集 295波形输出与信号去噪 335.1所需工况 335.2时域波形输出 345.2.1编辑滤波 355.2.2时域波形图导出 355.3小波应用 375.3.1小波去噪原理 375.3.2噪声信号的小波分析特性 385.3.3一维离散信号降噪 405.4MATLAB小波信号去噪 405.5小结 426激励源分析 436.1振源分析 436.1.1水流激励引起的振动 436.1.2离心泵等机械缘故引起的振动 446.1.3电磁干扰引起的振动 456.2激励源分析 456.2.14#机开机过程 456.2.2进水瞬间 476.2.34#机稳定运行 486.2.48#机稳定运行 496.2.5工况四4#机停机过程 506.3主频分析 516.3.1低频 516.3.2中频 526.3.3高频及倍频 536.4要紧振源分析 536.4.1分析方法 536.4.2功率谱分析计算 566.5减振方案 596.5.1机械振动的减振措施 596.5.2水流激励的减振措施 606.6小结 617模态参数辨识分析 627.1时域波形输出 627.1.1试验工况 627.1.2波形输出 627.2模态参数辨识分析 667.2.1模态拟合 667.2.2模态频率与阻尼比 697.2.3振型及激振特点分析 697.2.4振型相关矩阵校验 727.3小结 728泵站压力管道流固耦合的有限元仿真分析 748.1ANSYS软件在模态分析中的应用 748.1.1ANSYS模态分析方法 748.1.2流固耦合操纵方程 758.2建立有限元模型 788.2.1问题描述 788.2.2边界约束条件 798.2.3计算工况 808.2.4附加水体质量 818.3模态仿真分析 838.3.1开停机工况 838.3.2正常运行工况 928.4激振特点分析 1008.5小结 1019基于统计模式识不的管道损伤检测 1039.1统计模式损伤识不的差不多原理 1039.2差不多方法与步骤 1069.2.1数据采集与预处理 1079.2.2建立统计模型 1079.2.3特征提取和选择 1119.2.4分类判不 1129.3均值操纵图检验 1129.3.1均值操纵图的原理 1129.3.2均值操纵图的优点 1139.3.3均值操纵图指标构造 1149.4数值模拟验证 1149.4.1建立识不模型 1159.4.2识不结果 1169.5小结 11810研究结论及成果应用 11910.1研究结论 11910.2成果应用 12011存在的要紧问题和建议 1231研究背景和意义为满足人们的生存需要以及经济进展和农业需求，自新中国成立以来，建成了专门多提灌工程，产生了巨大的综合效益，为当地老百姓带来了巨大的实惠。据统计，沿黄河有大中型抽黄水泵11万台套，总容量约340万kw，这些泵站和提水设备大多为上世纪六十至七十年代兴建。从1980年开始，黄河上的灌溉用泵以每年2万台，装机容量40～50万kw的速度增加。这些工程总扬程可高达400～800m，单级泵的扬程达80～182m。长期以来，为保证这些提灌工程的正常运行和人们的正常生活，国家对提灌工程（尤其是大型提灌工程）在政策与资金等各方面都给予了大力的支持。随着我国电力提水设备和引水灌溉技术的进展，在我国西北地区建成了许多高扬程输水泵站及扬水灌区，例如甘肃省景泰川电力提灌工程，白草塬高扬程灌区工程和东雷抽黄高扬程多级抽水灌区工程等。这些高扬程输水泵站和灌区的出现和进展，制造了巨大的经济效益、生态效益和社会效益，因此保证高扬程输水泵站的安全稳定运行也是我国现代化建设和水利事业长足进展的重要任务。然而建国以来，通过几十年来的生产运行，这些高扬程泵站都存在着不同程度的安全隐患，甚至有些泵站发生了事故。据不完全统计，全世界每年因管道振动而造成的经济损失高达数百亿美元。在国内，这类事故也造成了人员生命和经济财产的巨大损失。因此，开展高扬程输水泵站压力管道流激振动的机理与损伤识不研究，正是泵站管道振动响应的水工结构损伤诊断与健康监测研究的重要内容，本课题的研究关于保障大型泵站压力管道结构的安全运行具有重大的现实意义，同时可为大型泵站压力管道系统的优化设计提供重要的理论依据和技术支撑。高扬程输水泵站是我国现代化建设的基础性设施。泵站扬程可达几百米，管道压力较大，管道结构的动态特性对整个泵站工作安全起着至关重要的作用，而结构的安全可靠性与结构特性参数紧密相关，特不是在振动设计及损伤检测方面，对系统参数的识不是相当重要的。目前，国内外对高扬程泵站压力管道的振动特性研究文献并不多见，其研究内容要紧集中在一般输流管道和泵站输油管道振动的模态分析。因此，开展高扬程泵站压力管道的振动特性研究就显得相当重要，其研究理论和技术手段都能够为今后高扬程泵站压力管道的设计工作和安全运行提供有益的参考和借鉴。尤其关于输水压力管道，除外界因素产生的振动外，研究管道系统内部引发的振动是当今的研究热门。随着科学技术的进展，在一些高端科技领域，减振降噪已成为关键问题。因此，开展管道振动识辨和结构损伤识不的研究具有专门高的理论研究价值，也具有重要的现实意义和宽敞的应用前景，同时也面临着诸多专门有挑战性的问题。本研究课题是以甘肃省景泰川电力提灌工程大型泵站更新改造新技术研发项目为依托，以景泰川电力提灌工程（以下简称“景电工程”）一期、二期泵站代表性的压力管道为研究对象，通过现场管道实地测试、数据信号采集，展开对景电提灌工程泵站压力管道振动识辨、管道结构安全判不和结构损伤识不的研究，以此来判定流激振动对管道振动的阻碍程度，提出相应的减振措施。甘肃省景泰川电力提灌工程是一项跨省区、跨流域、高扬程、高耗能、多梯级、大流量的大Ⅱ型水利电力提灌工程，有泵站43座，总装机25.97万kw，操纵灌溉面积66667hm2，灌区横跨甘肃景泰、古浪两县，北倚腾格里沙漠，东临黄河，南靠长岭山。景电工程运行40多年来，产生了显著的经济效益、社会效益和生态效益，已成为甘肃省农业科技示范、进展“两高一优”农业、全面建设小康社会的示范基地，成为甘肃省扶贫开发的典范、水利建设史上的一面旗帜。然而，由于工程长期负载运行，专门多泵站的混凝土预应力管道运行中常存在着窜动、噪音大和振动幅度超标的等问题。这些振动不仅对水流的流态和管内的压力分布产生阻碍，当水流运动受到管道振动阻碍后，其流态和压力分布的变化又会反作用于管道，形成振动的相互作用。因此，压力管道的振动不仅会直接阻碍整个泵站输水管路的安全运行，而且由于振动缘故造成的管道流速和压力分布不均匀会增加阻力损失，从而改变水泵的工作特点，使管路效率和装置效率下降，增加能量损耗。本课题以景电工程代表性的泵站的压力管道作为研究对象，针对管道运行过程中噪声大，振动幅度大，对工程的安全运行存在严峻威胁的问题，于2010年10月至2011年11月间，先后分不两次对景电工程一期二泵站、二期三泵站、二期六泵站及南干三泵站的提水压力管道的振动模态进行了实地测试。针对目前高扬程泵站压力管道结构振动特性的研究还不够完善，没有形成完整的理论体系等现状，本课题的研究可解决泵站压力管道与水流耦合作用所产生的振动特点以及对泵站压力管道结构安全判定等问题，并能提出泵站压力管道振动分析的流固耦合的建模思想，以及高扬程泵站压力管道工作模态分析的新方法和基于统计模式信息的压力管道结构安全判定等新的方法。同时，本课题的研究也有助于解决诸如景电工程如此的大型泵站普遍存在的严峻的管道振动对结构阻碍的安全隐患，为泵站工程的更新改造设计和安全运行提供必要的理论依据和技术支撑，为同类高扬程泵站压力管道的建设、维护、安全运行提供重要的理论和技术参考，做出有益探究。因此，课题的研究对推进这一理论体系和技术手段的完整性具有专门强的针对性和前瞻性，具有重大的理论意义和服务于实际生产的现实意义。2国内外的研究现状国内外学者的长期研究表明，大型泵站的压力管道中振动源可能是多方面的，管道系统被激励时，发生水流流速或压力脉动，引起结构振动，并通过阀门、弯管等连接件，使整个管道中存在多种振动波，振动机理特不复杂。2.1输水管道振动研究进展历史关于管道的振动研究，至今已有一百多年的历史，国内外许多学者对管道的振动问题进行了长期的研究。由于这一系统为耦合系统，其振动引发因素复杂，专门难用一个单一的定理去解决各种管道系统出现的振动问题。管道振动研究的内容广泛，包括：管道振动特性分析；管道系统中不同组件如弯管、阀、支承等对管系的阻碍；管道系统建模等。作为更深入的问题，还包含由管内流体的阻碍而存在的流固耦合现象等，其研究经历了几个典型的时期，见图2-1所示。输水直管输水直管管道振动非耦合线性运动耦合非线性运动不考虑流固耦合考虑流固耦合管道系统建模混沌数值分析管道振动测试工程实际应用管道振动模态组件对管系的阻碍方法图2-1输水管道振动研究进程近年来，为满足都市供排水、水利电力、航天航空等领域的进展需要，国内外均展开了对管道振动特性和振动机理的大量研究，但这些研究目前只限于理论方面，尚无法满足实际应用的需求。最初的研究是来自横跨阿拉伯输油管道振动的分析，此后由于应用领域的扩展和亟待解决的问题的突出性引起众多的国内外学者对此研究作出了不懈努力。对管道振动的研究大致经历了无流固耦合的振动、线性流固耦合的振动、非线性流固耦合的振动和混沌几个进展时期。2.2流激振动国内外研究现状（1）国外研究现状：20世纪70年代，关于管道振动的研究取得了大的进展，并应用计算机，使管道振动的研究进入有用性时期。在输流管道非线性振动的研究中，Jin等发觉当流速较大、弹性支承刚度专门小时，悬臂直流管道有可能发生颤振而动态失稳，且混沌运动也有可能发生。在气液两相流管道系统中，激振力常出现在流体转向处，如弯头、肘管、三通处。Hara研究了两相流淌引起的管道振动问题，推导了两相流管道自由振动的运动方程，同时指出管道振动要紧由离心力和振动系统质量改变而引起。Wood和Williams等对管道振动进行了理论和实验的双重性研究，确定管道运动对水击压力有着特不大的阻碍。（2）国内研究现状：国内对管道振动的研究起步较晚，在20世纪70年代中期，由于管道振动问题受到有关工业和研究单位的紧密凝视，才开始投入大量精力开展管道振动机理的理论和实验研究。国内管道振动的研究要紧集中在各大高校，针对各自的工作领域做了大量的工作。西安交通大学较早在气流脉动及气流管道振动问题方面作了富有成效的研究。浙江大学的蔡亦刚等教授在管道运输流体动力学方面做了比较系统的研究。哈尔滨工业大学的赵定克等教授要紧研究了输水管路中用于衰减或汲取水流压力脉动的各种设备和装置。上海交通大学的沈荣瀛等教授对管道的振动特性及传输特性、能量流等方面进行了研究。天津大学闰祥安等用有限元法建立了往复泵输液管网系统结构振动分析模型，求得了固有频率和振型分布。然而，上述的研究多为专题性、理论性和室内实验的研究。针对管道振动的原位测试和振动模态的分析尚不多见。在解决实际工程问题时，需要综合考虑各种因素的阻碍，借鉴其成果，才能达到解决生产实际问题的目的。针对我国大中型高扬程泵站压力管道振动问题的研究尚处于起步时期，各项技术还不够完善，没有形成完整的理论体系等现状，本课题应用DASP测试系统开展大型泵站压力管道的原位测试研究，通过对同类管道的振动性能的测试和数值模拟分析，以期实现压力管道振动模态的识不，建立损伤识不模型，探究损伤机理，提出管道的减振措施。因此本研究具有特不强的针对性和前瞻性。2.3国内外模态参数辨识与损伤诊断的研究现状2.3.1国外模态参数辨识与安全操纵的研究现状国外结构工作模态的研究起始于上世纪60年代。由于没有相应的计算工具，其起步相对较晚。模态分析是以结构的物理数学模型、参数模型和非参数模型为研究对象的，以振动理论分析为差不多原理，分析结构振动模态参数的一种方法。现在，计算机的巨大进步为这一方法的迅速和进展普及提供了先进的技术支撑。理论模态分析实际上是一种理论建模过程，它以线性振动理论为基础，研究激励、系统、响应三者的关系。要紧方法是运用有限元法建立振动结构的数学模型，运用数值方法求解系统的模态参数。实验模态分析是通过测得激励和响应的时刻历程，通过数字信号处理技术得到系统的非参数模型和采纳参数识不方法求得系统模态参数。近些年来，研究人员提出了专门多种环境激励下模态参数识不的方法。如时域识不法、频域识不法、联合时频域识不方法；平稳随机激励、非平稳随机激励；单输入多输出、多输入多输出；时刻序列法、随机减量法、随机子空间法、模态函数分解法、峰值拾取法、频域分解法等。时刻序列法的差不多原理是对采集的数据进行有序排列，然后依据数学模型进行自动处理，辨识结构的模态参数。随着其理论的不断进展和完善，其模型有MA滑动均值模型、ARMA自回归滑动均值模型、AR自回归模型等。管道结构安全操纵的研究要紧是基于结构的损伤识不技术。结构损伤识不技术的水平决定了健康监测系统的性能的高低。结构损伤识不技术可分为局部无损检测技术和基于结构振动的整体损伤识不两大类。其中的结构振动的整体损伤识不研究成就较为突出。依据损伤识不所使用的数学方法将其划分为基于模型的方法和无模型的方法以及基于统计模式信息的方法三大类。通过有限元模型仿真计算的方法来辨识结构的模态参数、刚度、质量等，也是一种有效的损伤识不方法。然而有限元模型往往简化了实际结构，和实际结构存在着一定的差不，因此必需依据现场试验的模态分析结果修正模型，如此才能准确的模拟分析结构损伤的位置及程度。Ricles提出了残余力向量的概念，并对损伤前后的有限单元节点的自由度残余力向量的变化进行比较分析，识不出损伤位置。1988年，Chen提出通过计算结构损伤前后的模态应变能实现损伤单元的识不。随着计算机技术的的迅速进展，各种计算智能技术，如神经网络、遗传算法、模糊技术等得到了突飞猛进的进展，被广泛应用到各个领域。2.3.2国内模态参数辨识与安全操纵的研究现状国内关于工作模态的研究较之于国外起步晚，而且研究水平也较低。近年来，国内有关专家学者对结构工作模态参数识不和损伤识不进行了大量有实际意义的研究工作，并提出了许多对管道振动进行操纵的方法。南京航空航天大学史东锋等人研究了工程结构在环境激励下的模态参数的辨识问题；上海交通大学的李中付、宋汉文等人提出了一种白噪声环境激励下模态参数识不的方法；同济大学淡丹辉、孙利民等采纳各测点加速度响应互功率谱的频域多参考点模态识不方法来实现结构模态参数的提取，并利用频域的平均法使识不参数的拟合曲线平滑，发觉参数的变化趋势，应用于在线监测环境下桥梁等土木结构的模态识不。该方法适用于更广范围的激励条件，大大开阔了未知激励下模态识不的视野。2004年北京东方振动和噪声技术研究所研发了一种基于时域分析振动模态的DASP系统，不需要施加已知激振作用力，即能同时对多阶密集模态进行辨识，相关于频域模态分析，效率、精度都有明显的优势。同时，国内学者对结构损伤识不方法的研究也较为广泛，取得了专门大进步。尤其在应变模态损伤识不的研究上较为成熟。周先雁等人针对混凝土结构的应变模态的研究表明，应变模态损伤识不的方法能够用于识不混凝土结构的损伤，以动应变相对变化量识不结构的损伤位置以及损伤程度。冯新运用柔度的变化进一步识不了结构的损伤位置和损伤程度，提出了损伤定位的柔度投影法，数字模拟分析表明，该方法关于数据不完整以及数据含有噪声的情况也具有一定的识不效果。综上所述，针对管道的模态参数识不和安全诊断问题的研究，国外、国内学者百十年来进行了大量的研究和不懈的努力，涉及方面广泛。尽管如此，仍有相当的工作需要进一步研究。国内外学者的研究要紧侧重于振动与模态识不的差不多理论和数值方法的研究探究，对每种结构及输运介质与管道作用的阻碍和性质特点的研究相对欠缺。特不是针对泵站压力管道特有的工作状况引起的流体振动阻碍研究比较匮乏；另外对压力管道激振引起的损伤判不和减振措施的研究明显不足。3研究内容、要紧研究方法和技术路线3.1研究目的本项目作为对大型泵站压力管道振动识辨和损伤机理的应用研究，以振动模态分析、激励源辨识和振动损伤机理的研究为要紧内容，通过现场的原位测试和数值模拟，提出科学可靠的降噪减振技术。研究目的如下：（1）通过应用先进的原位测试技术，对景电工程代表性泵站压力管道进行振动测试和模态分析，客观地评价高扬程泵站压力管道振动状态和危害程度，为高扬程泵站压力管道的优化设计和安全稳定运行提供科学的方法和必要的理论依据；（2）通过泵站压力管道振动识辨的方法研究，探寻泵站压力管道的振动激励源，为泵站压力管道的振动缘故提供理论依据和参考；（3）通过压力管道振动的辨识，探究压力管道振动损伤机理，提出管道结构的减振与避振措施，对泵站管道结构的优化设计和延长结构的使用寿命提供技术支持；（4）通过对泵站压力管道的振动模态和流固耦合有限元的分析，探究高扬程泵站压力管道的振动特点，为管道结构安全级不的判定提供技术支撑；3.2要紧研究内容本课题以大型泵站压力管道的振动识辨和损伤机理为要紧研究目的，以甘肃省景电工程一期、二期代表性泵站压力管道为研究对象，针对管道结构振动识不和损伤机理等问题进行研究，振动信号数据采集选用DASP-V10测试系统。DASP-V10是一款智能数据采集和信号处理系统，被称为“可移动的实验室”，该系统包含了时域波形分析、频率分析、小波分析和阻尼分析等多种数值分析方法，与传统的数值分析方法相比方法更加简便，可操作性强，可大大减轻研究流激振动的难度。在实际的工程项目中，利用DASPV10可快速取得实验数据，在相对较短的时刻内可解决工程结构问题，尤其对以后的实际工程结构优化起到专门重要的指导作用和实践作用。本课题选定三种最具代表性的工况进行实验，一是在水泵开机瞬间状态下，二是在水泵正常运行状态下，三是在水泵关机瞬间状态下。依照实地调查，开停机的瞬间压力管道流激振动最显著，为保证泵站的安全运行，需要测得振动信号数据，选定这种工况进行研究。在水泵正常运行状态下，压力管道产生的振动虽没有开停机状态下那样严峻，但振动持续时刻较长，有几百个甚至达到上千个小时。因此选择这三种工况，不仅具有代表性和典型性，还能够通过计算分析，找出激励源，为后续研究成果的推广做好铺垫。本课题的要紧研究内容如下：（1）采纳DASP（DataAcquisition&SignalProcessing）系统对泵站压力管道的振动特性进行原位测试，现场设计测点布置、试验工况、实验参数，进行现场试验数据信息采集与分析；（2）利用数学分析软件MATLAB对DASP采集的数据进行小波降噪处理；采纳时域分析和频谱分析方法，对不同工况下压力管道振动的信号数据进行振动激励源辨识，查找每个工况的振源主频；（3）采纳功率谱方法计算分析不同工况的要紧振源，探寻相应的管道减振与避振措施，为泵站压力管道的结构优化和延长工程使用寿命提供理论基础和技术支持；（4）有限元法分析：建立了基于附加水体质量的简化流固耦合有限元模型，进行不同工况下的有限元仿真计算分析，辨识出系统的模态参数，分析不同泵机开启状态下压力管道的振动特征，为试验工作模态参数辨识结果提供验证依据。（5）建立统计模式的损伤识不模型，采纳均值操纵图的分析方法，诊断结构损伤异常；应用基于统计模式识不的诊断方法对管道结构的安全性做出判定，为压力管道的优化设计提供理论依据。3.3要紧研究方法按照要紧的研究目的和研究内容，课题组确定的研究路线是：在分析国内外研究理论和具体技术措施的基础上，对甘肃景电灌区的大型泵站进行现场调查；对代表性泵站的压力管道进行DASP现场实验，对测试的信号进行分析；利用小波降噪分析对信号数据进行降噪处理；利用时域分析和频谱分析方法辨识管道振动激励源，分析要紧的振动部位，判定激励源对管道振动模态的阻碍程度；针对损伤机理及振动工况提出先进、有用的工程减振方案。具体的研究方法是：理论分析、数值模拟、现场实验、室内实验相结合的综合研究方法。在研究过程中：（1）国内外的大量研究资料能够为本课题的研究提供理论基础。（2）景电一期和景电二期的大型泵站运行现状能够为本课题的深入研究提供大量的资料和实际经验。3.4技术路线要紧的技术路线是：通过现场调查和理论分析对泵站的压力管道进行原位测试时频分析和模态分析管道振动激励源辨识和损伤识不分析泵站压力管道激振的损伤机理提出大型泵站降噪减振的关键技术。具体技术路线见图3-1：·现场试验现场试验信号分析信号降噪分析时频分析激励源辨识建立模型结构减振设计泵站安全运行泵站能耗阻碍模态分析损伤识不振动识辨与损伤机理图3-1技术路线图3.5关键技术及创新点本课题的关键技术是压力管道的激励源辨识、流固耦合有限元模型的建立及模态参数识不。这一关键技术是对现场试验分析结果的验证。因此，激励源辨识的选择方法、有限元模型的准确与否、边界约束条件的选取都对管道结构损伤机理和安全判定产生直接的阻碍。本课题要紧的创新点有：（1）本课题首次将智能数据采集和信号处理系统—DASPV10，应用于大型泵站压力管道的原位振动测试与分析，不仅实现了其动静态的测试，还实现了对采集数据的数值分析，实践证明具有宽敞的应用前景。（2）建立基于泵站压力管道振动的流固耦合模型，并运用模态分析的理论知识进行模态分析及参数识不，为大型泵站压力管道的振动分析和结构的优化设计提供理论支持和技术参考。（3）将统计模式信息的理论引入泵站压力管道运行模态的损伤识不与运行安全性的判定分析，为大型泵站压力管道的振动及结构安全判定提供一个新的思路和评判方法。

4泵站压力管道现场试验高扬程提水泵站在解决干旱少雨地区的水资源匮乏问题有着重要作用。本课题以甘肃景电工程一期二泵站的4#压力管道为研究对象，分不在2010年10月和2011年11月对其上水、停水的不同工况进行现场测试，采纳时域分析和频谱分析方法进行压力管道流激振动辨识，分析不同工况下压力管道的振动状态，为工程的安全运行及治理提供可靠的理论依据和技术参考。4.1压力管道振动试验测试系统设计4.1.1传统振动测试方法常用的压力管道振动测试方法有电测法、机械法和光学法等，但这些方法大多适用于管道的腐蚀磨损、焊接缺陷、裂缝位置、松弛或失稳等自身及管路设备问题开展的检测。而关于正在运行的泵站压力管道的振动测试，在国内外的研究内容还比较少，远没有对设备振动的测试与分析开展的深入和广泛，也没有关于压力管道振动评价的标准，同时测试系统相对也较少。传统的振动测试系统大多采纳电子测量仪器，其特点是功能专用、灵活性差，大大的制约了振动测试的范围。传统的振动测试装置要紧依靠各种硬件仪器来完成，除了需要放大器、传感器外，还需要专门的分析设备，比如信号分析仪、频谱分析仪、示波器等，从而使得整个测试系统的结构复杂，成本高，功能单一而且可重配置性弱。它们的差不多功能是以FFT为基础的数据处理和频谱分析，其构成差不多上是传感器、放大器、记录器、信号处理等硬件为基础组成的专用信号处理与分析仪器。其缺点是：（1）传统的振动测试系统其记录过程与分析过程分开进行，不能进行实时检测记录结果，因此专门难保证测试记录结果的准确性。（2）传统的振动测试系统一般不能存储记录信号，而能用于存储记录信号的仪器只有光线记录示波器、瞬态记录仪和磁带记录器，其中光线示波记录器专门难用信号处理仪处理。（3）仪器昂贵，体积大，带到现场专门不方便，有时没有磁带记录器，实验工作就无法开展。因此，本课题摒弃传统的振动测试方法，选用虚拟测试仪器DASP（Dataacquisition&signalprocessing）系统进行大型泵站压力管道的振动测试，能够对泵站提水系统在不同工况下的管道振动进行测试。4.1.2DASP软件介绍北京东方振动和噪声技术研究所（简称东方所）成立于1985年10月11日，是一座高新技术研究所，其前身是1983年成立的中国科协咨询中心振动技术咨询部。二十多年来一直专注于振动、冲击、噪声、动态测试、信号处理、模态分析、试验技术、教学实验、虚拟仪器和测控技术等领域的软、硬件开发。DASPV10是东方所研发的一套运行在DASPV10软件的所有测试分析结果都能够多种方式输出，包括图形的复制、存盘、打印，数据导出为TXT、CSV、Excel电子表格和Access数据库格式，并可轻松输出图文并茂的Word格式或者Html格式的分析报告。在基于DASPV10的平台上，还能够运行专业模态和动力学分析系统、虚拟仪器库、信号发生器以及针对声学、旋转机械、路桥土木、计量检定等行业的多种软件系统，满足各方面各层次的测试和分析需求。本实验采纳DASPV10软件对泵站压力管道的振动数据进行采集和模态分析、识不。4.1.2实验对象景电工程包括一期和二期工程，通过实地调研，对景电一期总干二泵站、二期总干三泵站和南干三泵站等泵站管道进行现场观测与振动测试，发觉这些泵站的压力管道在机组开机和停机的瞬间都存在着不同的振动，同时伴随着强烈的噪音，在泵站机组长时刻的运行情况下不仅对泵站建筑物结构造成危害，而且会对工作人员造成躯体损害，见照片4-1~4-3所示。照片4-1二期总干三泵站照片4-2一期总干二泵站照片4-3南干六泵站本课题以景电一期总干二泵站压力管道为例，阐述了基于DASP的泵站压力管道振动测试实验的设计和实现过程，景电一期总干二泵站的压力管道布置示意图如图4-1所示。图4-1一期二泵站压力管道布置示意图由图4-1能够看出，一期总干二泵站压力管道是多机单管的布置模式，1#~4#总管结构形式相同，差不多上分叉管形式，2#~4#总管分不由直径为1000mm的出水管和直径为800mm的出水管汇总成直径为1400mm出水总管，而1#总管是两个直径1000mm的出水管组成的。支墩的布置与个数随管道的长度而不同。泵站共有8台泵成一字排队列，为并联运行模式。1#~4#泵为离心式清水泵，主机型号为32SH—9，额定扬程80m，额定流量为7200m3/h，额定转速750n/min，额定效率90%，输出功率1744kW，同意气蚀余量8m。5#~8#泵为双吸离心泵，额定转速为980n/min。1#和5#机组安装为1#总管供水，2#和6#机组安装为2#总管供水，3#和7#机组安装为3#总管供水，4#和8#机组安装为4#总管供水。压力管道的振动状态随不同的机组相互开、停机工况变化而不同。4.1.3系统组成与工作流程运行DASP系统软件开始工作，设置相关参数，初始化系统内核，点击“采样测量”则进入信号采集部分。振动信号采集后，通过DASP系统可调用数据进行信号分析。系统工作流程图见图4-2所示。系统初始化系统初始化是否信号采集Y拾振器信号采集信号调理、转换数据存入波形显示是否实时处理Y频谱分析待机模式NN图4-2DASP振动测试系统工作流程图4.2拾振器测点布置依照实验对象和测试目的，首先要确定拾振器的选型，依照实际现场情况及管道分布考虑，确定测点布置情况，进行拾振器的安装。4.2.1拾振器的选型振动测试采纳的传感器是中国地震局工程力学研究所研制的891型拾振器。891型拾振器分为891-1、891-2和891-4三种型号，每种拾振器设有小速度、中速度、大速度和加速度四档。可依照需要，选取拾振器上微型拨动开关选择相应的档位，即可猎取被测点的加速度、速度及位移参量。一般来讲，拾振器的量程和精度是有一定矛盾的，若量程和精度同时要求专门高，则必定导致拾振器价格迅速提高，在具体选择时，要综合考虑实验测试的造价和性能的平衡。在进行拾振器选择之前，依照经济条件和实验需要，需用量程较大的拾振器对管道进行振动测试，以了解管道的振幅范围，因此选用891-2型拾振器，其技术指标见表4-1所示。表4-1891-2型拾振器技术指标档位技术指标参量1234加速度中速度大速度小速度灵敏度()0.1或0.57130阻尼常数7或50.650.650.65最大量程位移（mm,p-p）7030015速度（m/s,p-p）加速度（m/s2,p-p）40通频带()0.5～801～1000.5～1002～100输出负荷电阻(kΩ)300300300300与891型放大器配接后的分辨率位移（m）1×10-71×10-62×10-8速度（m/s）1×10-71×10-62×10-8加速度（m/s2）1×10-5或2×10-6尺寸，重量Φ60×80mm,1kg4.2.2拾振器的布置原则管道振动测试实验，测点的布置十分关键。依照实际现场情况，包括管道情况、器材预备、人员情况以及信号采集等方面，多种因素综合考虑，按以下原则选取测点：（1）依照管路分布及管道长度，尽量测试整个管路系统；（2）为得到完整的信号数据，测点要包括管道的重要位置，例如弯管处、入水口处、两管相接处以及支墩处等；（3）为了使分析结果更为直观，测点因此是越多越好，但测点越多，试验成本越高，试验时刻也会加长，试验过程中出现故障的几率也会加大。因此测点数目应当找到一个平衡点。（4）布设测试点时，还需要考虑传感器安装的方便。4.2.3测点布置依照测点的选取、拾振器的布置和管道分布型式等多种因素的综合考虑，本实验决定选取管道6个位置进行振动测试，例如压力管道的进水口、弯管处以及大小管相接处等代表性的位置。放置时要尽量紧凑，使其在同一时刻内采集振动信号，保证三个方向振动相关。为了更全面的得到压力管道振动信号数据，沿管道的径向、轴向及铅直向三个方向建立三维坐标系，即方向。将三个拾振器作为一组，其中两个水平向，一个垂直向。因一期二泵站1#~4#总管结构型式相似，因此4#总管拾振器的布置形式能够完全用于1#~3#管道等，具体测点布置简化图如下图4-3。图4-3测点布置简化图在实际测量中，为了分析的方便，将所有测量点分X，Y，Z三个方向分不进行测量，在分析处理时也分为X，Y，Z三个方向进行。本次试验三个方向具体的布点方式如图4-4所示。图4-4测点传感器布置方向示意图X方向、Y方向均水平，互成正交体系，Z方向为垂直与X、Y方向。其中，在X方向布置了6个测点，Y方向6个测点，Z方向共6测点，见照片4-4至4-8所示。照片4-4拾振器布置图照片4-5拾振器布置详图1照片4-6拾振器布置详图2照片4-7拾振器布置详图3照片4-8拾振器特写4.3试验工况本次试验要紧针对2010年10月份泵站上水时期工况进行布点测试。数据采集工况如下：（1）工况一：开4号泵机瞬间，10、11、12传感器多次修正，平稳后正常，采集1500s；（2）工况二：8号泵开启，4号泵正常运行，12、17传感器无信号。采集运行3%时，4#管道旁边的3号管道开启，采集1500s；（3）工况三：零点校准后，12、17测点正常，采集1500s；（4）工况四：4号泵停机过程，采集1500s；4.4数据采集及参数设定4.4.1差不多操作通过以上实验预备，用数据线将微机、信号数据采集仪和拾振器连接好后，再进入DASP软件采集分析模块，开始示波采样。采样前需在采样程序参数设置表中输入各通道的工程单位和标定值，工程单位随传感器类型而定，本实验采纳891-2型拾振器，设定工程单位为mm/s。在每次实验前，会有大量的数据要进行采集和处理，因此要对数据进行标识。DASP要紧使用三个参数来标识一个数据：试验名、试验号和测点号。本实验选择一期总干二泵站4#管为测试对象，则试验名命名为：一期二泵站4管；试验号命名为：1~4；测点号命名为：1~18。4.4.2数据采集在进行数据采集前，要先进行参数设置，其中包含“差不多参数”、“通道参数”、“开始条件”、“结束条件”、“定时启动”和“高级设置”等若干设置页。在正确设置完毕采样参数后，即可开始进行示波或采样操作。图4-5所示是试验测试的数据采集与分析处理的操作应用过程。图4-5振动响应测试分析过程（1）数据采集应用：通过“DASP工程版”模块能够进入DASP的信号示波采集界面，如图4-6所示。点击示波采集界面上的“示波采样”能够对本次试验需要的差不多信息参数进行设置，诸如存储路径、采样频率、采样通道数、采样开始与结束条件、工程单位以及标定值等等。通过数据信号采集界面能够进行如上的差不多参数设置、通道参数设置、示波和采样操作，也能够选择合适的示波方式来观看输出的波形，显示出示波和采样过程中的各种波形、频谱以及参数信息。DASP中的采样频率能够设置成采样频率，也能够设置成分析频率，用户只需要选其一。一般采样频率设置为分析频率的2.56倍，且一般信号频率都高于分析频率，同时需要使用抗混叠滤波器消除高于分析频率的信号。在试验中，采样频率为204.8HZ。图4-6数据信号采集界面（2）数据分析处理应用：通过DASP工程版的模块进入如图4-7所示的数据扫瞄界面，能够查看每种工况的采集信息和数据，能够进一步修改采样参数。每一工况、每一测点的采集信息都能够在数据扫瞄界面上反映出来，从图中能够看出，上部分是采集到的数据信息，下部分的波形图是针对上部分每一测点的全程示波。图4-7数据扫瞄界面通过工具条上的“时域分析”能够对每种工况进行分析处理，能够选择一个工况的所有测点分析，也能够选择其中一个测点进行分析。时域分析的界面图如图4-8所示。在时域分析界面里，能够设置查看的时程范围、能够通过微积分转换工程单位，能够查看时刻点的峰值及频率值等等。图4-8时域分析界面此外，DASP系统软件还提供了强大的数据超大容量连续示波和采集（三思维采样,可同时进行示波、采样和频谱分析）、时域和自谱FFT分析功能模块等。本试验分析不使用这些模块，在此不做详细介绍。由于大型泵站压力管道流激振动分析和损伤识不分析内容不同，两个层次，差异明显，从而需要不同的时域波形图，因现在域波形输出要分开进行分析。综上，本项目以具有代表性的甘肃景电工程一期总干二泵站的压力管道为研究对象，首次采纳DASP振动测试系统，针对压力管道的现场实际情况对振动测试实验进行了设计，内容包括测点布置，拾振器的安装，仪器连接，数据存储等。针对泵站压力管道运行特点，对具有代表性的管道运行工况进行试验研究，分不围绕4#和8#机组开机、稳定运行以及停机等设置4个工况开展实验测试，最终得到所需工况下的振动信号数据，为后续激励源研究及其成果的推广奠定了基础。5波形输出与信号去噪5.1所需工况为满足测试分析的需要，结合工程运行中的实际振动情况调查，测试实验设计了以下四种工况，通过原位测试得到不同工况下的信号数据，通过数据分析和整理，能够得到代表性工况的振动特性，具体见表5-1所示。表5-1振动测试实验工况测试对象机组工况4#管道4#机组8#机组工况一：4#机开机过程，8#机停机；工况二：4#机正常运行；工况三：8#机开机过程，4#机运行；工况四：4#机停机过程。依照实地调查，这四种工况是压力管道振动的要紧来源。压力管道在一台或多台水泵同时开、停机时，不仅产生特不大的噪声，而且造成的管道振动也专门严峻，为保证泵站的安全运行，需要测得振动信号数据，因此选定这两个工况。在离心泵稳定运行状态下，压力管道产生的振动虽没有开停机状态下那样严峻，但振动持续时刻较长，有的甚至达到上千个小时，长时刻的带有振动运行，势必会对管道造成不同程度的破坏。因此选择这四种工况，不仅具有代表性和典型性，而且还能够通过四种工况对比，更完整的分析压力管道振动激励源，为后续研究成果的推广奠定基础。5.2时域波形输出依照以上设置，由所需测试的工况，测试时刻选定为4#管道机组开启瞬时、稳定运行及停机的整个时段。选取18个测点，每个测点均同时记录、、方向三个通道的振动信号。采纳随机采样开始方式，测试时刻为25分钟，采样频率为204.8Hz。在整个实验测试过程中，每个拾振器在测试时刻内采集到专门多信号数据，现举例将4#机组开机过程和稳定运行工况下，1#测点全段测试过程中，采集到的信号数据经DASP分析软件自动生成的时程图显示如下，见图5-1。图5-11#测点时程图由图5-1，DASP分析软件生成的时程图能够看出波形图信号显示特不密集，测试数据带有专门多振动信息，包括4#机组开机前的变化情况、4#机组开机过程时的管道振动情况、4#机组稳定运行时的振动情况等其它管道振动的因素。测试信号尽管较完整，包括了课题所需的所有内容，但同时也增加了一些不必要的信息，给信号分析增加了一定困难；采集信号的信息量较大，过多的信息增加了研究难度，在那个地点就需分析研究不同工况下采集到的信号，而对同一工况的相似波形进行波形编辑和滤波处理，如此能够将所需的信号数据进行整理，以繁化简，为后面的信号分析做好预备和铺垫。5.2.1编辑滤波编辑滤波分析能够对采集来的数字信号进行各种波形编辑和数字滤波处理。波形编辑是从信号的时域上表现的，包括对波形进行各种切除、置零、加减一个直流重量等操作。滤波处理是从信号的频域上表现的，是对采样后的数字信号进行梳状滤波，即能够同时包括低通、高通、多个带通和多个带阻的滤波。通常关于信号中冗长无用的波形段能够进行切除处理。有时信号中可能包含一段干扰信号（或误采样信号），为幸免其阻碍最终分析结果，能够对此段干扰信号采纳切除或者置零的操作。针对不同工况的测试数据，为了降低分析难度，减少分析数据，对信号进行数字滤波和波形编辑处理。5.2.2时域波形图导出通过DASP软件对采集到的数据进行分析、观看，依照振幅有明显变化的特点，同时考虑实际情况，对每个测点选择300s的时刻长度，从50s至350s区间，这些包含了特征波形、典型波形及干扰波形等，具体见图5-2至5-5所示。图5-2工况一波形生成图图5-3工况二波形生成图图5-4工况三波形生成图图5-5工况四波形生成图5.3小波应用5.3.1小波去噪原理在结构动力检测中，传感器采集到的结构振动信号中不可幸免地混入各种噪声干扰，有些还会在信号中形成局部强噪声干扰。假如不进行降噪预处理，信号中的噪声干扰可能完全掩盖结构的真实信息，造成分析结果不可靠。噪声干扰去除方法有专门多，目前较常用的是小波变换法。傅立叶变换作为传统方法，在信号处理方面，尽管发挥了巨大作用。然而，采纳傅立叶方法不能使信号在时域的瞬息变化中反映出来，而小波变换，克服了傅立叶变换在这方面的不足。近年来，小波理论得到了特不迅速的进展，而且由于其具备良好的视频特性，因而实际应用特不广泛，获得了特不行的效果。从信号学的角度看，小波降噪是一个信号滤波的问题。尽管在专门大程度上小波去噪能够看成是低通滤波，但由于在降噪后，还能成功地保留图像特征，因此在这一点上又优于传统的低通滤波器。由此可见，小波降噪实际上是特征提取和低通滤波的综合，其流程框图如图5-6所示。图5-6小波降噪流程框图5.3.2噪声信号的小波分析特性一个含噪声的一维信号的模型能够表示成如下的形式：（5-1）其中，为真实信号，为噪声信号，为含噪声的信号。在实际的工程中，有用的信号常常表现为低频信号或一些比较平稳的信号，而噪声信号则表现为高频信号。因此去噪过程可按如下方法进行：首先对信号进行小波分解，则噪声部分通常包含在高频部分，进而能够以门限阈值对小波系数进行处理，然后对信号进行重构即可达到去噪的目的。对信号去噪的目的确实是要抑制信号中的噪声部分，从而从中恢复出真实信号。一般讲来，一维信号的去噪过程能够分为三个步骤进行：(1)小波分解。选择一个合适的小波并确定分解的层次N，对信号进行N层小波分解；(2)高频系数的阈值量化。对第一到第N层的每一层高频系数，选择一个阈值进行软阈值量化处理；(3)小波重构。依照小波分解的第N层的低频系数和通过量化处理后的第一层到第N层的高频系数，进行一维信号的小波重构。仅用阈值以上的小波系数来重建原信号，既去掉了大部分噪声又不致于引起重建结果,的明显失真。这与传统的降噪处理不同，通常采纳的降噪处理多为滤波技术，其结果是在降低噪声的同时也展宽了波形，平滑了信号中锐变尖峰成份，损失突变点可能携载的重要信息。常用的去噪方法是将信号作傅里叶变换后在频域内作低通滤波，或者是直接对信号作平滑，Fourier变换方法滤波需要在频域内选择低通滤波器，滤波器截止频率的选择是关键；由于Fourier变换不具有时频分析的局域性，它在去噪的同时平滑了信号的突变部分；而多点平滑滤波，若平滑的点数少，效果则差；若平滑的点数多，势必将信号的突变部分平滑，损失重要的信息。5.3.3一维离散信号降噪在实际工程中，所分析的信号可能包含尖峰或突变部分，且噪声也非平稳噪声。对这种信号的预处理即去噪，用传统的傅立叶变换分析，显然无能为力，因为傅立叶分析是将信号完全在频域中进行分析，它不能给出信号在某个时刻点上的变化情况。而小波分析由于能同时在时、频域对信号进行分析(同时在频率域内分辨率高时，时刻域内分辨率低，在频率域内分辨率低时，时刻域内分辨率高，具有自动变焦功能)，因此它能有效区分信号的突变部分和噪声，从而实现信号的去噪。在MATLAB中，小波分析工具箱中有大量的函数。其中wden函数能够用来对信号的去噪。此函数的简单用法是：sd=wden(s，tptr，sorh，scal，n，wav)。它返回的是对原始信号S进行去噪处理后的信号sd。其中sorh指定软阈值(sorh=‘s’)或硬阈值(sorh=‘h’)，tptr指定阈值选取的规则，n为小波分解的层数，wav指定分解时所用的小波，参数scal指定阈值尺度改变的比例。5.4MATLAB小波信号去噪基于小波变换的信号去噪方法对四个研究工况的信号进行降噪。整个过程利用matlab自带的小波工具箱对信号进行降噪处理。先对原信号用Daubechies6小波进行5层分解，然后通过第一层的细节系数估算信号的噪声强度σ，再依照算出的噪声强度σ和经验系数α（α的典型值为2）使用penalty策略确定降噪的阈值，最后将阈值处理后的细节系数和近似系数重建为降噪后的信号。由于篇幅有限，本节中只列出每个工况的一个测点的原信号和去噪后的信号，见图5-7至5-10所示。原信号降噪后信号图5-7工况一5#测点原信号和去噪后的信号原信号降噪后信号图5-8