弱信號檢測方法及其在扭矩精確測量中的應(yīng)用研究.pdf

1、扭矩作為反映螺紋緊固件裝配質(zhì)量的重要參數(shù)，對保障設(shè)備安全運(yùn)行和提高使用壽命具有重要意義。工程實(shí)際中，由于扭矩信號非常微弱且易受外部噪聲影響，信噪比較低，很難通過常規(guī)的濾波方法進(jìn)行處理。弱信號檢測作為檢測被噪聲淹沒微弱信號的尖端技術(shù)，其應(yīng)用范圍遍及地質(zhì)勘探、工業(yè)控制、航空航天、機(jī)械設(shè)計制造等領(lǐng)域，相關(guān)儀器已成為現(xiàn)代科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備。本文通過對弱信號檢測理論和方法進(jìn)行研究，結(jié)合扭矩信號的特點(diǎn)對傳統(tǒng)弱信號檢測方法進(jìn)行改進(jìn)，并

2、將改進(jìn)的弱信號檢測算法應(yīng)用到實(shí)際微弱扭矩信號的檢測中，最終研制出新的高精度弱信號檢測設(shè)備以提高扭矩測量精度。
　　本文首先對扭矩測量特點(diǎn)和研究意義進(jìn)行了簡要論述，在此基礎(chǔ)上對當(dāng)前國內(nèi)外弱信號檢測技術(shù)和扭矩傳感器發(fā)展及現(xiàn)狀做了綜述性的分析。
　　其次，本文對應(yīng)變式扭矩測量原理進(jìn)行概述。針對目前扭矩測量中廣泛應(yīng)用的電阻應(yīng)變式傳感器，分析了傳感器輸出信號特點(diǎn)和噪聲來源及規(guī)律，給出了符合實(shí)際的扭矩信號數(shù)學(xué)模型。本文重點(diǎn)論述了小波閾值

3、去噪算法的原理和方法，在此基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的弱信號檢測算法，并通過MATLAB仿真驗(yàn)證了改進(jìn)算法應(yīng)用于扭矩弱信號檢測的有效性和可行性。
　　最后，設(shè)計并完成了一套扭矩測量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式扭矩傳感器采集扭矩變化時產(chǎn)生的微弱信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路對信號進(jìn)行放大和濾波去除高頻干擾，再由24位高精度Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD7192轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送至基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的數(shù)字信號控制器STM32F4進(jìn)行

4、處理，使用ARM-MDK編程實(shí)現(xiàn)小波閾值去噪后，再計算出相應(yīng)的扭矩值，然后將得到的扭矩數(shù)值送LCD顯示，并能通過無線方式傳輸，供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄和分析。為了方便用戶使用和提高系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)允許設(shè)置扭矩測量限定條件。如果測得的扭矩數(shù)值達(dá)到或超過限定值，系統(tǒng)能夠發(fā)出聲光報警進(jìn)行提示。
　　測試結(jié)果表明，本文設(shè)計的扭矩測量系統(tǒng)測量精度可達(dá)0.6％F.S.，實(shí)現(xiàn)了扭矩的精確測量和實(shí)時顯示，且系統(tǒng)功耗低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。本文的主要研究成果不僅可