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基于Hilbert-Huang变换的软性磨粒流抛光流道压力脉动分析
摘要
软性磨粒流抛光（SRGP）技术被广泛应用于对光学和电子器件表面进行修整和抛光。在SRGP的流道中，由于流体作用力和磨粒碰撞，会产生一定的压力脉动。为了更好地理解和控制这种脉动，本文基于Hilbert-Huang变换（HHT）对SRGP流道的压力脉动进行了分析。首先，介绍了SRGP技术和HHT理论，然后根据HHT的思路，建立了SRGP流道压力脉动信号的HHT模型，分析了其本征模态函数（IMF）的特征和能量分布。结果表明，SRGP流道压力脉动信号具有一定的周期性，而其IMF的能量分布集中在较高频率范围内。最后，基于分析结果，提出了一些控制SRGP流道压力脉动的策略和建议。
关键词：软性磨粒流抛光；压力脉动；Hilbert-Huang变换；本征模态函数；能量分布
1.引言
软性磨粒流抛光（SRGP）技术是一种常用的表面修整和抛光技术。在SRGP的流道中，液体和磨粒混合物被注入，经过流动和磨粒碰撞作用后，表面的凹凸不平和粗糙度得到了显著的改善。然而，由于流体作用力和磨粒碰撞，SRGP流道中会产生一定的压力脉动，这对表面质量和加工效率都会产生一定的影响。因此，对SRGP流道的压力脉动进行分析和控制是非常重要的。
Hilbert-Huang变换（HHT）是一种新兴的信号分析方法，可以有效地对非线性和时变信号进行分析。本文基于HHT理论，对SRGP流道的压力脉动进行了分析，旨在更好地理解其特征和本质，并提出相应的控制策略。
2.SRGP流道压力脉动信号的HHT模型
2.1SRGP技术
SRGP技术是一种表面修整和抛光技术，其基本原理是将液体和磨粒混合物注入在流道内，通过流动和磨粒碰撞作用，使表面凹凸不平和粗糙度得到一定程度的改善。SRGP技术相比传统的磨削和抛光技术具有以下优点：
1）SRGP技术可以对复杂形状的表面进行加工，并能够处理微细的细节和凹陷。
2）SRGP技术可以控制表面粗糙度，能够在相对较短的时间内获得较为光滑和均匀的表面。
3）SRGP技术可以减少表面热、应力和变形等不良影响，对表面质量和尺寸精度的影响较小。
2.2HHT理论
Hilbert-Huang变换（HHT）是一种用于非线性和时变信号分析的新兴方法，由Hilbert变换和本征模态函数（IMF）分解组成。IMF是一种可以通过自适应滤波器从原始信号中分解出来的小波包形式，其具有自相似和可重构性质，并且可以描述信号的振动和频谱特征。IMF的分解过程由一个迭代算法实现，如下所示：
1）将原始信号x(t)分解成若干对称或反对称的信号，记为h1(t)和g1(t)。
2）对h1(t)和g1(t)施加希尔伯特滤波得到一个IMF，记为c1(t)。
3）将原始信号x(t)减去IMFc1(t)得到一个残差信号r1(t)。
4）将r1(t)重复1）至3）的过程，得到一系列IMF，直至残差信号不能再分解为止。
最终，原始信号可以表示为若干IMF和一个残差信号的加和形式，即：
x(t)=∑i=1nci(t)+r(t)
其中n表示分解出的IMF的个数，r(t)表示最终的残差信号。
2.3SRGP流道压力脉动信号的HHT模型
SRGP流道中产生的压力脉动信号是一种非线性和时变信号，适合采用HHT进行分析。按照HHT的思路，可以将SRGP流道压力脉动信号拆分成若干个IMF和一个残差信号。
首先，利用实验设备采集SRGP流道中的压力脉动信号，然后将其进行预处理，包括去除直流分量和高通滤波等。接着，对预处理后的信号进行希尔伯特滤波，得到一个IMF。这个IMF具有一定的自相似性和频率特征，反映了压力脉动信号的某种本质。然后，将原始信号减去这个IMF，得到一个残差信号。对残差信号重复进行希尔伯特滤波，得到另一个IMF。这个IMF也具有一定的自相似性和频率特征，但与前面的IMF有所不同。重复以上步骤，得到若干个IMF和一个残差信号，最终可以拆分成较多的IMF和一个较小的残差信号。
3.SRGP流道压力脉动信号的特征分析
3.1特征提取
根据分解出来的IMF，可以提取出SRGP流道压力脉动信号的一些特征。例如，可以计算其平均值、方差、偏度、峰度和功率谱等。这些特征可以反映压力脉动信号的幅值、波形、分布和频率等特性。
3.2能量分布
通过计算各个IMF的能量占比，可以了解SRGP流道压力脉动信号在不同频率范围内的能量分布情况。图1是SRGP流道压力脉动信号的能量分布图，从图中可以看出，压力脉动信号的主要能量分布在高频范围内，其次是低频范围，而中频范围的能量分布比较均匀。
图1SRGP流道压力脉动信号的能量分布图
4.压力脉动控制策略
根据以上分析结果，可以提出一些控制SRGP流道压力脉动的策略和建议，如下所示：
1）采用优化的磨粒和流体组合