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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1、中图分类号：TP274密级：公开UDC：本校编号：工程硕士学位论文论文题目：弱信号检测方法及其在扭矩精确测量中的应用研究研究生姓名：王金全学号：0612119学校指导教师姓名：王小鹏职称：教授企业指导教师姓名：刘立群职称：高级工程师申请学位工程领域名称：电子与通信工程论文提交日期：2015年4月论文答辩日期：2015年6月万方数据工程硕士学位论文弱信号检测方法及其在扭矩精确测量中的应用研究TheStudyonWeakSignalDetectionandItsApplicationinAccurateMeasurementofTorque作者姓名：王金全工程领域：电

2、子与通信工程研究方向：信号检测学号：0612119校内导师：王小鹏企业导师：刘立群完成日期：2015-04兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交

3、通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据兰州交通大学工程硕士学位论文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

4、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

5、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

6、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。关键词：扭矩传感器；弱信号检测；ARM；小波去噪论文类型：应用研究-I-万方数据

7、弱信号检测方法及其在扭矩精确测量中的应用研究AbstractAsanimportantparametertoreflecttheassemblyqualityofthreadfastener,thetorqueis ofgreatsignificancetoguaranteethesafeoperationandimprovetheservicelifeofthe equipment.Inengineeringpractice,torquesignalisdifficulttobeprocessedbytraditional filteringmethodsbec

8、ausei