抑制EMD端點效應問題方法的研究

❶ 希伯來大學研究人員提出解決「三體問題」的新方法

據外媒報道，希伯來大學研究人員介紹了一種解決三體問題的新方法，並預測其結果統計。「三體問題」是指三個質量、初始位置和初始速度都是任意的可視為質點的天體，在相互之間萬有引力的作用下的運動規律問題，對於理解各種天體物理過程以及一大類機械問題至關重要。

三個多世紀以來，它一直占據著世界上一些最優秀的物理學家、天文學家和數學家的視野。他們的嘗試導致了幾個重要科學領域的發現；然而它仍然是一個謎。

17世紀末，牛頓通過萬有引力定律成功地解釋了行星繞太陽的運動。他還試圖解釋月球的運動。由於地球和太陽都決定了月球的運動，牛頓開始對預測三個在空間中運動的天體在相互引力作用下的運動問題感興趣，這個問題後來被稱為 "三體問題"。

然而，與二體問題不同的是，牛頓無法為其提供一般的數學解決方案。事實上，事實證明，三體問題很容易定義，但卻很難解決。希伯來大學拉卡物理研究所的巴拉克-科爾教授領導的新研究，為這個始於牛頓的科學之旅增添了一步，觸及到了科學預測的極限和混沌在其中的作用。

該理論研究提出了對問題的一種新穎而精確的還原，通過重新審視以往理論的基本概念，使之得以實現。它可以精確地預測三體各自逃離系統的概率。

繼牛頓和歐拉、拉格朗日和雅科比等人在該領域進行了兩個世紀的卓有成效的研究之後，到19世紀末，數學家Poincare發現，該問題對物體的初始位置和速度表現出極大的敏感性。這種敏感性，後來被稱為混沌，具有深遠的意義--它表明三體問題不存在封閉形式的確定性答案。

20世紀，計算機的發展使人們有可能藉助於計算機對天體運動的模擬來重新審視這個問題。模擬結果表明，在一些一般的假設下，一個三體系統經歷了混沌或隨機運動的時期與規律運動的時期交替進行，直到最後系統解體為一對天體圍繞著它們的共同質量中心運行，第三個天體則遠離或逃離它們。

混沌的性質意味著不伏液僅不可能得到閉式解，而且計算機模擬也不能提供具體可靠的長期預測。然而，由於有了大量的模擬集，1976年，人們產生了尋求系統的統計預測的想法，特別是預測三體各自的逃逸概率。從這個意義上說，原來的目標，即尋找確定性解是錯誤的，人們認識到正確的目標是尋找統計解。

事實證明，確定統計解並不是一件容易的事，因為這個問題有三個特點：系統呈現出混沌運動，與規律運動交替進行；它是無邊界的。一年前，以色列希伯來大學拉卡物理學院天體物理學家尼古拉斯·斯通和他的同事們使用了一種新的計算方法，並首次實現了統計解的封閉數學表達式。然而，這種方法和所有前輩的統計方法一樣，都建立在一定的假設之上缺咐物。受這些結果簡沒的啟發，Kol發起了對這些假設的重新審視。

引力的無限無界范圍表明，通過所謂的無限相空間量，出現了無限的概率。為了避免這種病態，以及其他原因，以前所有的嘗試都假設了一個有些武斷的 "強相互作用區域"，並且在計算概率時只考慮了其中的配置。

基於通量的理論在一定的假設下，預測了每個天體的逃逸概率。這些預測與之前所有的框架都不同，Kol教授強調，"數百萬次計算機模擬的測試表明，理論和模擬之間有很強的一致性"。這些模擬是與芝加哥大學的Viraj Manwadkar、日本沖繩研究所的Alessandro Trani和智利康塞普西翁大學的Nathan Leigh合作進行的。這一共識證明，理解系統需要範式的轉變，新的概念基礎很好地描述了系統。那麼，事實證明，即使對於這樣一個老問題的基礎，創新也是可能的。

這項研究的影響是廣泛的，有望影響到各種天體物理問題的解決和對力學中整整一類問題的理解。在天體物理學中，它可能會應用於產生成對緊湊體的機制，而這些緊湊體是引力波的來源，同時也會加深對星團內部動力學的理解。在力學中，三體問題是各種混沌問題的原型，因此，它的進展可能會反映在這一重要類別的其他問題上。

❷ 如果要研究一個物理問題，常用哪幾種方法

1 控制變數法：這個應該是最常見的實驗方法。

例如，在「探究壓強與哪些因素有關」、「探究電流與電阻的關系」、「研究弦樂器的音調與弦的松緊、長短和粗細的關系」等實驗中都用到了該實驗方法。

2 類比法：例如，在學習電流時，為了更好地理解，與生活中熟悉的水流作類比。

實驗+推理法：有些理論只有在理想空間里才能通過實驗得出，此時，我們可以在現實條件實驗的基礎上推導出來這些理論。

例如，在初二我們學過牛頓第一定律：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。我們知道，物體在運動過程中必定會受到阻力作用，但是我們通過多次實驗，可以推出這一結論。

3 描述法：例如，在生活中是不存在光線的，我們為了更好地學習光，才引進了「光線」這一詞。

4 轉換法：例如，我們在學習「聲音是振動產生的」這一知識時，我們把音叉的微小振動轉換為乒乓球的擺動。使實驗現象更為明顯。

5 模型法：我們在學習原子結構時，為了更好地認識原子的內部結構，用太陽系模型代表原子結構。

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物理實驗是初高中階段物理課程中包含的相關實驗，包括電學實驗、力學實驗、熱學實驗、光學實驗等等，常用於驗證物理學科的定理定律。

實驗物理是相對於理論物理而言，理論物理是從理論上探索自然界未知的物質結構、相互作用和物質運動的基本規律的學科。

理論物理的研究領域涉及粒子物理與原子核物理、統計物理、凝聚態物理、宇宙學等，幾乎包括物理學所有分支的基本理論問題。而實驗物理主要是從實驗上來探索物質世界和自然規律。

實驗室使用守則

1、為保護實驗儀器和保持環境衛生，學生必須脫鞋進入實驗室。

2、實驗室是全校師生進行實驗教學和科研活動的場所，學生進入實驗室後要保持肅靜，遵守紀律。

3、做實驗前，認真聽教師講解實驗目的、步驟、儀器的性能操作、方法和注意事項，認真檢查所需儀器設備是否完好齊全，如有缺損要及時向教師報告。

4、實驗時要遵守操作規程，按照實驗步驟認真操作。

5、實驗時要注意安全，防止意外發生。

6、愛護實驗室儀器設備。

7、實驗完畢要認真清理儀器設備，關閉水源電源。

性質

1.真理性：物理學的理論和實驗揭示了自然界的奧秘，反映出物質運動的客觀規律。

2.和諧統一性：神秘的太空中天體的運動，在開普勒三定律的描繪下，顯出多麼的和諧有序。物理學上的幾次大統一，也顯示出美的感覺。牛頓用三大定律和萬有引力定律把天上和地上所有宏觀物體統一了。

麥克斯韋電磁理論的建立，又使電和磁實現了統一。愛因斯坦質能方程又把質量和能量建立了統一。光的波粒二象性理論把粒子性、波動性實現了統一。愛因斯坦的相對論又把時間、空間統一了。

3.簡潔性：物理規律的數學語言，體現了物理的簡潔明快性。如：牛頓第二定律，愛因斯坦的質能方程，法拉第電磁感應定律。

4.對稱性：對稱一般指物體形狀的對稱性，深層次的對稱表現為事物發展變化或客觀規律的對稱性。如：物理學中各種晶體的空間點陣結構具有高度的對稱性。豎直上拋運動、簡諧運動、波動鏡像對稱、磁電對稱、作用力與反作用力對稱、正粒子和反粒子、正物質和反物質、正電和負電等。

5.預測性：正確的物理理論，不僅能解釋當時已發現的物理現象，更能預測當時無法探測到的物理現象。例如麥克斯韋電磁理論預測電磁波存在，盧瑟福預言中子的存在，菲涅爾的衍射理論預言圓盤衍射中央有泊松亮斑，狄拉克預言電子的存在。

6.精巧性：物理實驗具有精巧性，設計方法的巧妙，使得物理現象更加明顯。

❸ 齒輪箱故障檢測

1. 經典譜分析方法，又可分為時域分析法和頻域分析法。
時域分析法通常指用時域波形計算出參數指標，它是最簡單的分析方法，通常適用於明顯的周期信號、瞬態沖擊信號、簡諧振動信號。該法實用性較強，但對復雜結構和故障耦合信號處理能力較差，屬於故障處理的初級階段。
頻域分析法是基於1807年傅立葉提出的傅立葉變換（Fourier transform，FT）的最基本的信號處理方法。FT的缺點是缺乏信號局部信息，只適合線性平穩信號的分析。主要有包絡分析（enveloping analysis）、全息譜分析（holospectrumanalysis）、細化譜分析（zoom spectrum analysis）、倒譜分析（cepstrum analysis）、高階譜分析（higher orderspectrum analysis）等。
當齒輪箱出現故障時，其振動信號中包含的故障信息通常以調制的形式出現，提取故障信息就是將故障信號從高頻調制信號中解調出來。包絡解調又叫解調譜分析，常用方法有希爾伯特變換解調、循環平穩解調、能量運算元解調、絕對值分析解調、平方解調、檢波濾波解調等。
1989年，L.S.Qu等提出了全息譜分析。它是基於FT，將求得的不同通道信號的振幅、頻率、相位信息進行集成的方法，觀察更直觀。
細化譜分析是增加頻譜中某些部分頻率解析度的分析方法。
倒譜是信號的FT譜經對數運算後再進行傅立葉反變換的分析方法，它對信號傳遞路徑的影響不敏感。
高階譜是分析非平穩信號的一種方法，是處理非線性、非高斯信號的一種有力的頻域處理工具，它能夠定量描述信號中的非線性相位耦合特徵，理論上有降噪作用，是近年來研究熱點之一。
頻域解調分析的局限性：（1）多故障診斷中的比較接近的高頻成分相互交叉；（2）解調過程中，會將不包含故障信息的兩個頻率之差作為調制頻率解調出來；（3）檢波濾波解調易造成混頻效應。這些現象都易造成誤診。
2. 時頻分析法
FT的目的是將時域信號轉換到頻域進行分析，其中時域和頻域是相互獨立的，主要適用於平穩信號。FT不能反應信號頻率的時間特性。所以時頻分析是齒輪箱故障分析的有效方法。主要時頻分析方法有Wigner-Ville分布、短時傅立葉變換、小波分析、局部特徵尺度分解、局域均值分解、經驗模態分解、Hilbert-Huang變換、最小熵反褶積等。
1932年E.P.Winger提出時頻聯合分析概念，並應用於量子力學。1948年J.Ville提出Wigner-Ville分布（Wigner-Ville Distribution，WVD）,WVD具有較好的時頻聚集性和很好的時頻解析度，但WVD存在交叉項，給信號的識別帶來困難。如何消除交叉項是WVD研究的重點。
1947年R.K.Potter、G.Kopp和H.C.Green等提出短時傅立葉變換（shot time Fourier transform，STFT）。STFT本質上是一個加窗的FT，使用滑動窗截取信號，然後對截取的信號再進行FT,這樣可以得到任意時刻的頻譜。通過加窗可以將時變的非平穩信號在一小段時間內看作近似不變的，所以適用於緩變的非平穩限號。STFT是最小熵反褶積線性時頻變換。
1977年Ralph Wiggins提出最小熵反褶積法（minimum entropydeconvolution，MED）,對卷積求解具有劃時代意義，2007年N.Sawalhi首先將該方法應用與故障診斷。它是以最大峭度作為迭代終止條件尋找一個最優的逆濾波器，進而提高信號的信噪比。
1984年法國地球物理學家Morlet在研究地球物理信號時首次提出小波變換（wavelet transformation，WT）。WT本質上是在信號上加一個變尺度滑動窗截取信號進行頻譜分析，這克服了STFT的窗寬度不變到來的缺陷。WT的主要缺點是小波基函數的選擇至今沒有一個合適的判斷標准和選擇依據，這可能會歪曲原信號本來的物理特徵。
1998年N.Huang、Z.Shen、S.R.Long提出經驗模態分解法（empirical mode decomposition，EMD）,適用於非線性和非平穩信號的分析,之後進一步提出Hilbert-Huang變換。它從局部時間尺度出發，得到不同尺度的本徵模態函數，且能獲得比WT更高的時頻解析度。EMD主要問題是模態混淆、端點效應、欠包絡和過包絡等問題。解決這些問題是目前的研究方向之一。