An instantaneous frequency analysis is a technique to examine a signature for the rotating machinery if the signal has several transitions within a cycle. This paper discusses the conditions of existing negative frequency components in the instantaneous frequency. By using a signal consisted of two frequency components, the instantaneous frequency analysis is conducted while the amplitude ratio between two frequency components has been changed. The analysis shows that, depending on the amplitude ratio, the instantaneous frequencies have averaged, zero-valued, or negative components. It turns out that the negative-valued instantaneous frequencies, which have been regarded as the noise effect, are the consequence of the calculation process for the multisignal components. The criteria of existing the negative values in instantaneous frequencies is given in terms of the relative amplitude ratio and the frequency difference. Especially when the amplitude ratio approaches to 1, the instantaneous frequency fluctuates ${\pm}\infty$ in theory, which implies that instantaneous frequency has unstable region around the amplitude ratio, 1.Also, as the frequency difference between major signal components is increased, the region of existing negative instantaneous becomes broader. In an instantaneous frequency analysis, therefore, a narrow band analysis is suggested, with extreme care if the amplitude ratio approaches to 1. In this paper, a vibration signal monitored from a rotating machinery is also examined as an application example in order to show the existence of negative instantaneous frequencies components.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제12권2호
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pp.162-166
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2012
The instantaneous amplitude (IA) based on the higher order differential energy operator is proposed. And its general form for arbitrary order is also proposed. The various definitions of the IA and the instantaneous frequency (IF) estimators are considered. The IA and IF estimators based on the energy operators need less computational cost than the conventional IF and IA estimators exploiting the Hilbert transform. The IF and IA estimators are compared in terms of the frequency and amplitude tracking accuracy of the AM-FM signals. For noiseless case, the IA and IF estimators based on the Teager-Kaiser energy operator show better tracking performance than the IF and IA estimators based on the higher energy operators. However, under noisy condition, the IF and IA estimator based on the higher order energy operators with the order 3 and 4 show better tracking than the Teager-Kaiser energy based estimators. The IF and IA estimators are applied to signals in the various power anomalies to show their usefulness as the disturbance detectors.
An instantaneous amplitude (IA) estimator using the symmetric higher order differential energy operator is proposed. The amplitude estimator and the instantaneous frequency (IF) estimator based on the symmetric higher order differential energy operator coincide with the analyzed signal in time, and they show better estimation results than the IA and IF based on the higher order differential energy operator. Various IF and IA estimators are applied to AM-FM signals for the performance comparison. Among the IF and IA estimators, the IF and IA estimators based on the symmetric higher order energy operator show the best estimation accuracy. Then, the IA and IF estimators are applied to the distorted power line signal to show their usefulness as power disturbance detectors.
To improve the accuracy of time-frequency analysis (TFA) and instantaneous frequency (IF) extraction of structural dynamic response signals, this paper improves the spline-kernelled chirplet transform, and a new form of modified spline-kernelled chirplet transform (MSCT) based on revised Gaussian window function and energy concentration principle is put forward. The effectiveness of the proposed method is verified by numerical examples of single-component signal, multicomponent signal, single-degree-of-freedom Duffing nonlinear system and two-layer shear frame structure model. Then, a time-varying cable test is designed to collect the acceleration response signals under linear changing tension, and the IF extraction of these signals is performed by using MSCT, which further verifies the effectiveness and accuracy of this method. Through numerical simulation and experimental verification, it is proved that the proposed method can effectively extract the IF of nonlinear structure and time-varying structure.
We present a speech processing strategy incorporating instantaneous frequency (IF) encoding for the enhancement of melody recognition performance of cochlear implants. For the IF extraction from incoming sound, we propose the use of a Teager energy operator (TEO), which is advantageous for its lower computational load. From time-frequency analysis, we verified that the TEO-based method provides proper IF encoding of input sound, which is crucial for melody recognition. Similar benefit could be obtained also from the use of a Hilbert transform (HT), but much higher computational cost was required. The melody recognition performance of the proposed speech processing strategy was compared with those of a conventional strategy using envelope extraction, and the HT-based IF encoding. Hearing tests on normal subjects were performed using acoustic simulation and a musical contour identification task. Insignificant difference in melody recognition performance was observed between the TEO-based and HT-based IF encodings, and both were superior to the conventional strategy. However, the TEO-based strategy was advantageous considering that it was approximately 35% faster than the HT-based strategy.
도플러 신호의 순간 주파수는 탄과 표적간의 상대속도, 이격거리 등의 정보를 얻는데 사용된다. 순간 주파수 추정을 위해 주로 사용되는 방법인 단구간 퓨리에 변환은 시간 및 주파수의 영역에서 고정된 크기의 창을 가지므로 광대역의 신호 특히, 주파수가 급격하게 변하는 신호에 대한 순간 주파수 추정에서는 많은 오차가 발생한다. 본 논문에서는 시간 및 주파수의 영역에서 창의 크기를 적응적으로 변화시킬 수 있는 연속 웨이브릿 변환에 기반한 도플러 신호의 순간 주파수를 추정하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 고주파수 영역에서는 좁은 창, 저주파수 영역에서는 넓은 창을 적용하여 시간에 따른 주파수의 변화에 무관하게 순간 주파수를 추정한다. 모의실험과 실제 실험을 통한 성능평가 결과 제안한 방법이 기존의 단구간 퓨리에 변환 방법에 비해 우수함을 확인하였다.
Spline chirplet transform and local maximum synchrosqueezing are introduced to present a novel structural instantaneous frequency (IF) identification method named local maximum synchrosqueezing spline chirplet transform (LMSSSCT). Namely spline chirplet transform (SCT), a transform is firstly introduced based on classic chirplet transform and spline interpolated kernel function. Applying SCT in association with local maximum synchrosqueezing, the LMSSSCT is then proposed. The index of accuracy and Rényi entropy show that LMSSSCT outperforms the other time-frequency analysis (TFA) methods in processing analytical signals, especially in the presence of noise. Numerical examples of a Duffing nonlinear system with single degree of freedom and a two-layer shear frame structure with time-varying stiffness are used to verify the effectiveness of structural IF identification. Moreover, a nonlinear supported beam structure test is conducted and the LMSSSCT is utilized for structural IF identification. Numerical simulation and experimental results demonstrate that the presented LMSSSCT can effectively identify the IFs of nonlinear structures and time-varying structures with good accuracy and stability.
In this paper, we proposed that i) noise-tolerant four kinds of AM(Amplitude Modulation)-FM(Frequency Modulation) demodulators are designed, ⅱ) we derived undersampling frequency through the product via energy operator of the monocomponent AM-FM signals separated form two-component AM-FM signals, and ⅲ) these four kinds of AM-FM demodulators detect respectively information signals of the IA(Instantaneous Amplitude) and IF(Instantaneous Frequency) by undersampling frequency to be different each other from the undersampled monocomponet AM-FM signals. Particularly, the proposed algorithm can control undersampling frequency by an integer factor. And these efficient AM-FM demodulators are well worked with the undersampled AM-FM signals.
This paper examined the dynamic instability of a shallow arch according to the response characteristics when nearing critical loads. The frequency changing feathers of the time-domain increasing the loads are analyzed using Fast Fourier Transformation (FFT), while the response signal around the critical loads are analyzed using Hilbert-Huang Transformation (HHT). This study reveals that the models with an arch shape of h = 3 or higher exhibit buckling, which is very sensitive to the asymmetric initial conditions. Also, the critical buckling load increases as the shape increases, with its feather varying depending on the asymmetric initial conditions. Decomposition results show the decrease in predominant frequency before the threshold as the load increases, and the predominant period doubles at the critical level. In the vicinity of the critical level, sections rapidly manifest the displacement increase, with the changes in Instantaneous Frequency (IF) and Instant Energy (IE) becoming apparent.
변곡점 추출방법을 활용하여 AM-FM신호의 순간주파수를 추정하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 AM-FM신호의 국부적인 최대값/최소값을 변곡점 추출법을 활용하여 검출하며, 검출된 인접한 최대값/최소값 사이의 시간 간격을 계산하여 FM성분의 순간주파수를 추정한다. AM성분의 경우, 검출된 최소값/최대값의 포락선을 먼저 구하고 포락선의 최고값 간의 시간을 계산하여 순간주파수를 추정한다. 컴퓨터 모의실험으로 FM성분의 주파수가 고정된 경우와 변화하는 경우에 제안된 방법의 유용성을 검증한다. FM성분의 주파수가 일정한 AM-FM신호의 경우, 제안된 방법은 두 주파수 성분을 적절하게 추정한다. FM성분의 주파수가 변화하는 AM-FM신호의 경우, AM성분의 순간주파수는 적절히 추정되었으나 FM성분의 순간 주파수는 이론적인 주파수에서 편이되는 현상을 보인다. 이는 국소적인 최고점/최대점 검출로 표본수가 적어지는 효과에 따른 것으로, 저역통과 필터와 같은 후처리로 개선될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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