基于Duffing系统的谐振式微悬臂梁传感器微弱谐振信号检测

作者：戴荣; 于海涛; 王权^*

来源：机械工程学报, 2020, 56(13): 50-59.

• Duffing振子系统
• 微弱信号检测
• 谐振式微悬臂梁传感器
• RHR改进算法
• 最大Lyapunov指数

研究了基于Duffing振子系统的微弱信号检测在谐振式微悬臂梁传感器中的应用。根据待测信号频率的不同,通过时间尺度变换建立了任意频率下的Duffing振子数学模型。利用RHR改进算法求解最大Lyapunov指数,并确定系统相变临界阈值,通过监测最大Lyapunov指数符号的变化来检测微弱谐振信号。详细介绍了两种幅值检测算法,通过试验验证了减法算法比加法算法更具优越性,不受大范围幅值的影响。评价了Duffing振子系统在不同噪声水平下检测微弱谐振信号的能力,添加噪声方差0.000 1和0.001后,检测相对误差控制在0.005 2%以内;当添加噪声方差到0.01时,原有Duffing方程模型无法检测到最大Lyapunov指数符号的变化,检测失效。最后,通过改变原有Duffing方程非线性恢复力项系数,在添加噪声方差到0.5时,依然能够通过求取所测信号频率的平均值准确提取微弱谐振信号。

• 单位
  江苏大学; 传感技术国家重点实验室; 中国科学院上海微系统与信息技术研究所