Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. - - - Diese Version ersetzt eine ältere Version, Grund: Formatkonvertierung postscript zu pdf. Der Inhalt unterscheidet sich in der Qualität der Abb. 4.23a und 4.23b auf Seite 97 sowie aller Abbildungen auf Seite 111. Der Zugriff auf die Original-Abb. ist über die ältere Version oder die gedruckte Ausgabe möglich. Die gedruckte Ausgabe der Dissertation ist in der Universitätsbibliothek Chemnitz entleihbar. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines. - - - This version replaces an older version, reason is conversion of format from postscript to pdf. Content is different in quality of pictures 4.23a and 4.23b on page 97 and all pictures on page 111. Please see the original pictures in the older version or the printed version. The printed version is borrowable at the Library of Chemnitz University of Technology.

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. - - - Diese Version ersetzt eine ältere Version, Grund: Formatkonvertierung postscript zu pdf. Der Inhalt unterscheidet sich in der Qualität der Abb. 4.23a und 4.23b auf Seite 97 sowie aller Abbildungen auf Seite 111. Der Zugriff auf die Original-Abb. ist über die ältere Version oder die gedruckte Ausgabe möglich. Die gedruckte Ausgabe der Dissertation ist in der Universitätsbibliothek Chemnitz entleihbar. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines. - - - This version replaces an older version, reason is conversion of format from postscript to pdf. Content is different in quality of pictures 4.23a and 4.23b on page 97 and all pictures on page 111. Please see the original pictures in the older version or the printed version. The printed version is borrowable at the Library of Chemnitz University of Technology.

Les entraînements électriques à base de machine asynchrone sont largement utilisés dans les applications industrielles en raison de leur faible coût, de leurs performances et de leur robustesse. Cependant, des modes de fonctionnement dégradés peuvent apparaître durant la vie de la machine. L'une des raisons principales de ces défaillances reste les défauts de roulements à billes. Afin d'améliorer la sûreté de fonctionnement des entraînements, des schémas de surveillance peuvent être mis en place afin d'assurer une maintenance préventive. Ce travail de thèse traite de la détection et du diagnostic des défauts mécaniques et plus particulièrement des défauts de roulements dans une machine asynchrone. Généralement, une surveillance vibratoire peut être mise en place. Cette méthode de surveillance est cependant souvent chère du fait de la chaîne de mesure. Une approche, basée sur l'analyse et le traitement des courants statoriques, est alors proposée, afin de suppléer à l'analyse vibratoire. L'étude est basée sur l'existence et la caractérisation des effets des oscillations du couple de charge sur les courants d'alimentation. Un schéma de détection est alors introduit pour détecter différents types de défauts de roulements. De plus, des variables mécaniques, telles que la vitesse ou le couple, sont également reconstruites afin de fournir une indication sur la présence de défauts de roulements. Par ailleurs, un diagnostic des modulations des courants statoriques est proposé, en régime permanent et en régime transitoire, quel que soit le rapport entre les fréquences porteuse et modulante. Les méthodes étudiées sont la transformée de Hilbert, la transformée de Concordia, l'amplitude et la fréquence instantanées ainsi que la distribution de Wigner-Ville.

Most signal processing methods were developed for continuous signals. Digital devices, such as the computer, process only discrete signals. This dissertation proposes new techniques to accurately define and efficiently implement an important signal processing method---the time--frequency distribution (TFD)---using discrete signals. The TFD represents a signal in the joint time--frequency domain. Because these distributions are a function of both time and frequency they, unlike traditional signal processing methods, can display frequency content that changes over time. TFDs have been used successfully in many signal processing applications as almost all real-world signals have time-varying frequency content. Although TFDs are well defined for continuous signals, defining and computing a TFD for discrete signals is problematic. This work overcomes these problems by making contributions to the definition, computation, and application of discrete TFDs. The first contribution is a new discrete definition of TFDs. A discrete TFD (DTFD) should be free from the sampling-related distortion known as aliasing and satisfy all the important mathematical properties that the continuous TFD satisfies. Many different DTFD definitions exist but none come close to attaining this ideal. I propose three new components which make up the DTFD: 1) a new discrete Wigner--Ville distribution (DWVD) definition which satisfies all properties, 2) a new discrete analytic signal which minimises aliasing in the DWVD, and 3) a new method to define and convolve the discrete kernel with the DWVD to produce the DTFD. The result: a DTFD definition that, relative to the existing definitions, better approximates the ideal DTFD. The second contribution is two sets of computationally efficient algorithms to compute the proposed DTFD. The first set of algorithms computes the DTFD exactly; the second set requires less memory than the first set by computing time- and, or frequency-decimated versions of the DTFD. Both sets of algorithms reduce the computational load by exploiting symmetries in the DTFD and by constructing kernel-specific algorithms for four different kernel types. The third, and final, contribution is a biomedical application for the proposed DTFD and algorithms. This application is to accurately detect seizure events in newborn electroencephalogram (EEG) signals. Existing detection methods do not perform well enough for use in a clinical setting. I propose a new method which is more robust than existing methods and show how using the proposed DTFD, comparative to an existing DTFD, improves detection performance for this method. In summary, this dissertation makes practical contributions to the area of time--frequency signal processing by proposing an improved DTFD definition, efficient DTFD algorithms, and an improved newborn EEG seizure detection method using DTFDs.

Le domaine de l'information quantique tire partie des lois de la mécanique quantique pour élaborer des protocoles de traitement de l'information originaux. Des réseaux qui transportent ce type d'information ont déjà été démontrés mais leur portée est cependant limitée à une centaine de kilomètres à cause des pertes en ligne. Pour franchir cette limite l'élément clef à développer est une mémoire quantique, c'est à dire un milieu atomique capable de stocker un état quantique et dont les performances reposent conjointement sur un excellent couplage avec la lumière (pour les phases d'écriture ou de lecture) et un temps de cohérence important (pour la phase de stockage). Les ions piégés constituent un candidat intéressant pour l'implémentation d'une mémoire quantique, notamment car ils peuvent présenter d'excellentes propriétés d'isolation par rapport à leur environnement. La difficulté à réaliser une mémoire quantique avec des ions piégés tient en particulier à l'obtention d'un couplage important entre l'ensemble d'ions et la lumière, c'est à dire l'obtention d'un nuage atomique le plus dense et froid possible. Durant le travail de thèse, nous avons développé un ensemble expérimental capable de confiner, refroidir et observer plusieurs millions d'ions. Une méthode originale de chargement du piège fondée sur l'absorption simultanée de deux photons a été développée, nous permettant de limiter l'énergie initiale d'un ion et la pollution de l'environnement d'un tel nuage. Un piège de Paul linéaire de dimensions centimétriques a été dessiné et fabriqué au laboratoire pour confiner les ions et faciliter le régime de très faible température. En utilisant une technique de refroidissement laser, nous avons atteint ce régime dans lequel les ions adoptent une structure spatiale périodique, le cristal de Wigner. Cette structure a été observée dans des chaînes contenant quelques ions et dans des nuages dont la population dépasse le million. Les paramètres pertinents qui gouvernent la densité et la stabilité de ces cristaux ont été identifiés. Ces travaux sont une étape très encourageante pour l'obtention d'un couplage important entre les ions et la lumière, et la mise en oeuvre d'un protocole de mémoire quantique.

Ce travail de thèse traite de la détection et du diagnostic de défaillances mécaniques par analyse du courant statorique dans les entraînements électriques à base de machine asynchrone. Deux effets d'un défaut mécanique, des oscillations de couple et une excentricité d'entrefer, sont supposés. La modélisation par approche des ondes de forces magnétomotrices et de perméance conduit à deux modèles analytiques du signal courant. La conséquence des défauts est soit une modulation de phase, soit une modulation d'amplitude du signal courant statorique. Ces phénomènes sont détectés par une analyse spectrale en régime permanent, ou des méthodes temps fréquence en régime transitoire. Les méthodes étudiées sont la fréquence instantanée, le spectrogramme et la représentation de Wigner-Ville. L'estimation paramétrique d'indices de modulation a également été traitée. Des résultats de simulation et expérimentaux permettent de valider les signatures et d'extraire de façon automatique des indicateurs de défaut. De plus, une méthode permettant la distinction des oscillations de couple d'une excentricité dynamique est proposée. L'étude est complétée par une implémentation sur DSP des méthodes temps-fréquence afin de démontrer la faisabilité d'une surveillance en ligne.

L'électrodynamique en cavité étudie un atome interagissant avec un mode du champ. A résonance avec un champ cohérent mésoscopique (oscillation de Rabi quantique), l'atome modifie profondément le champ. Il s'intrique avec deux états de même amplitude, de phases différentes, créant une superposition quantique mésoscopique et donnant lieu aux effondrements et résurgences des oscillations de Rabi. <br />Nous présentons une étude expérimentale de cette intrication avec un atome de Rydberg circulaire et une cavité micro-onde supraconductrice. Pour sonder le champ, nous avons développé une mesure de la fonction ‘Q', appliquée à différents états : état à un photon, état cohérent. Nous avons ainsi mesuré la distance entre les composantes de phase produites par l'oscillation de Rabi. Cette mesure, au contraire de l'observation des résurgences, ne prouve pas la cohérence de la superposition. Nous avons donc induit ces résurgences par une transformation de l'état atomique, se ramenant à un renversement du temps, et obtenu ainsi une preuve de la création de superpositions quantiques mésoscopiques.

Cette thèse concerne l'homogénéisation, ou limite semi-classique, des transformées de Wigner associées à des suites bornées L^2 solutions d'une équation de Schrödinger ou d'un système hyperbolique linéaire du premier ordre. On établit diverses équations de transport satisfaites par les mesures de Wigner limites lorsque qu'un petit paramètre tend vers zéro. <br /><br />Une première partie résume les propriétés générales de la transformation en rappelant son lien avec le calcul pseudo-différentiel. <br /><br />Une seconde partie étudie la perturbation des hamiltoniens périodiques par des potentiels réguliers apériodiques au moyen d'estimations de commutation concernant les décompositions de Bloch. <br /><br />Une troisième partie étudie sous une hypothèse de couplage faible l'homogénéisation de certains milieux aléatoires évoluant chaotiquement selon une dynamique réversible mais gouvernés en moyenne par une dynamique irréversible de type Bolztmann. <br /><br />Une quatrième partie clarifie au moyen du formalisme des transformées de Wigner un résultat connu d'existence-unicité pour la hiérarchie infinie BBGKY du problème de Schrödinger à N particules, lorsque N tend vers l'infini, dans l'approximation de champ moyen.

L'indexation de documents numérisés manuscrits pose le problème de la segmentation en lignes qui, si elle échoue, handicape les étapes suivantes d'extraction et de reconnaissance de mots. Dans les documents arabe anciens, s'ajoute à ce problème, la présence dans les marges, d'annotations souvent composées de lignes obliques. La détection de ces lignes est nécessaire et constitue un défi important pour l'indexation de ces documents. Ainsi, la segmentation visée dans ce travail de thèse concerne l'extraction de lignes multi-orientées. Pour ce problème, la bibliographie ne présente que des techniques rudimentaires basées essentiellement sur une projection directe de l'image du document suivant une seule direction et donc non applicable à du texte multi-orienté. Devant ce manque, nous avons proposé une approche adaptative permettant de localiser d'abord les zones d'orientation différentes, puis de s'appuyer sur chaque orientation locale pour extraire les lignes. Pendant ma thèse, j'ai développé les points suivants : – Application d'un maillage automatique en utilisant le modèle de contour actif (snake). – Préparation du signal de profil de projection en supprimant tous les pixels qui ne sont pas nécessaires dans le calcul de l'orientation. Ensuite, application de toutes les distributions d'énergie de la classe de Cohen sur le profil de projection pour trouver la meilleure distribution qui donne l'orientation. – Application de quelques règles d'extension pour trouver les zones. – Extraction des lignes en se basant sur un algorithme de suivi des composantes connexes. – Séparation de lignes

The development of low-frequency SONAR systems, using a network of autonomous systems in unmanned vehicles, provides a practical means for bistatic measurements (i.e. when the source and receiver are widely separated, thus allowing multiple viewpoints of a target). Furthermore, time-frequency analysis, in particular Wigner-Ville analysis, takes advantage of the evolution of the time dependent echo spectrum to differentiate a man-made target (e.g. an elastic spherical shell, or cylinder) from a natural one of the similar shape (e.g. a rock). Indeed, key energetic features of man-made objects can aid in identification and classification in the presence of clutter and noise. For example, in a fluid-loaded thin spherical shell, an energetic feature is the mid-frequency enhancement echoes (MFE) that result from antisymmetric Lamb waves propagating around the circumference of the shell, which have been shown to be an acoustic feature useful in this pursuit. This research investigates the enhancement and benefits of bistatic measurements using the Wigner-Ville analysis along with acoustic imaging methods. Additionally, the advantage of joint space-time-frequency coherent processing is investigated for optimal array processing to enhance the detection of non-stationary signals across an array. The proposed methodology is tested using both numerical simulations and experimental data for spherical shells and solid cylinders. This research was conducted as part of the Shallow Water Autonomous Mine Sensing Initiative (SWAMSI) sponsored by ONR.