机械工程学报

作者：戴荣, 于海涛, 王权

单位：1. 江苏大学机械工程学院 镇江 212013;2. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室 上海 200050

关键词：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；

基金：国家自然科学基金资助项目（51675246，91750112）。

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。

来源：2020年第13期

《机械工程学报》期刊编辑部

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