[發(fā)明專利]一種檢測(cè)物體局部阻抗變化的方法及系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210018224.6
• 申請(qǐng)日: 2012-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN102590348A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向志海;黃俊濤;陸秋海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/09
• 分類號(hào): G01N29/09;G01L5/24
• 代理公司: 北京智匯東方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11391
• 代理人: 康正德;范曉斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于受控敲擊和分類器來檢測(cè)物體局部阻抗變化方法及系統(tǒng)，更具體涉及基于受控敲擊和分類器來檢測(cè)螺栓松緊程度和檢測(cè)復(fù)合材料損傷的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

各種設(shè)備往往都會(huì)使用螺栓來實(shí)現(xiàn)零部件的連接。它雖然很普通，但其緊固程度卻會(huì)直接影響整個(gè)設(shè)備的質(zhì)量。某些關(guān)鍵部位的螺栓如果發(fā)生松脫，甚至?xí)斐芍卮蟮陌踩鹿省榱吮ＷC螺栓的連接質(zhì)量，需要采用標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法來確定螺栓的摩擦系數(shù)、最大扭矩等參數(shù)，對(duì)一些精密設(shè)備還需要嚴(yán)格規(guī)定螺栓的擰緊力矩。設(shè)備在使用過程中由于受到振動(dòng)、沖擊、溫度改變等外界因素的影響，螺栓的松緊程度很可能發(fā)生變化。因此需要采用一種無(wú)損檢測(cè)方法來評(píng)估螺栓連接的實(shí)際狀態(tài)。

螺栓的松緊程度會(huì)直接影響當(dāng)?shù)氐臋C(jī)械阻抗。在實(shí)際工程中，有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)員常常用敲擊的方法，根據(jù)聲音的變化來判斷螺栓是否松脫，但人工敲擊檢測(cè)損傷的方法過于依賴檢測(cè)員的經(jīng)驗(yàn)，不能廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中；而且由于每個(gè)檢測(cè)員的經(jīng)驗(yàn)不一樣，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的差異，穩(wěn)定性不佳。

現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于敲擊損傷識(shí)別方法的理論分析認(rèn)為，敲擊不同區(qū)域會(huì)發(fā)出不同的聲音，是因?yàn)椴煌瑓^(qū)域的敲擊力發(fā)生了變化，因此根據(jù)敲擊力的時(shí)域曲線的寬度或者頻域曲線下的面積比就可以辨識(shí)出結(jié)構(gòu)的損傷。為此，還用一個(gè)串聯(lián)彈簧模型做了一個(gè)理論上的解釋：認(rèn)為損傷的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部剛度降低，從而使結(jié)構(gòu)局部變軟。但該方法檢測(cè)結(jié)果尚不夠理想，也無(wú)法定量識(shí)別出螺栓擰緊力矩或者結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)。

無(wú)損檢測(cè)，即采用非破壞性手段，利用聲、光、電、熱、磁和射線等技術(shù)探測(cè)材料、構(gòu)件內(nèi)部的孔隙、夾雜、裂紋、分層等影響其使用的缺陷及其位置。目前，復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)方法主要有超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)和熱成像檢測(cè)等。每種技術(shù)都有其特定的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，單一方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有類型缺陷的檢測(cè)，通常需要多種方法相結(jié)合。

因此，期望提供一種適于實(shí)用的物體狀態(tài)檢測(cè)方法，能夠?qū)崟r(shí)快速地檢測(cè)出螺栓松緊狀態(tài)和/或材料損傷狀態(tài)，具有一定的精確性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種基于受控敲擊和分類器來檢測(cè)物體局部阻抗變化的方法及系統(tǒng)，通過對(duì)待檢測(cè)物體施加恒定的敲擊力，從待檢測(cè)物體的響應(yīng)信號(hào)中提取特征信息，并結(jié)合模式識(shí)別方法實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)，不僅能夠?qū)ξ矬w的局部異常進(jìn)行定性識(shí)別，而且還可以對(duì)物體的局部異常進(jìn)行定量識(shí)別。

本發(fā)明提供的基于受控敲擊和分類器來檢測(cè)物體局部阻抗變化的方法，包括如下步驟：

a、使用敲擊裝置以固定敲擊力對(duì)物體進(jìn)行敲擊；

b、利用傳感器感測(cè)由物體被敲擊的目標(biāo)區(qū)域傳遞到所述傳感器的響應(yīng)信號(hào)，其中所述響應(yīng)信號(hào)為加速度信號(hào)、速度信號(hào)或者位移信號(hào)；

c、對(duì)傳感器感測(cè)的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行變換處理以獲取該響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)譜圖，并截取所述信號(hào)頻譜在特定頻段的譜圖數(shù)據(jù)；

所述方法還包括：

-在所述分類器的訓(xùn)練階段

d、對(duì)目標(biāo)區(qū)域處于第1至第N阻抗?fàn)顟B(tài)的物體，分別在每一阻抗?fàn)顟B(tài)對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域重復(fù)步驟a-c以獲取該阻抗?fàn)顟B(tài)下所述目標(biāo)區(qū)域在所述特定頻段的多個(gè)訓(xùn)練譜圖數(shù)據(jù)，其中N為大于1的整數(shù)；

e、將每一阻抗?fàn)顟B(tài)以及該阻抗?fàn)顟B(tài)下的所述多個(gè)訓(xùn)練譜圖數(shù)據(jù)提供給所述分類器，對(duì)所述分類器進(jìn)行訓(xùn)練；并且

-在所述分類器的檢測(cè)階段

f、對(duì)目標(biāo)區(qū)域處于待檢測(cè)阻抗?fàn)顟B(tài)的物體，通過步驟a-c以獲取該待檢測(cè)阻抗?fàn)顟B(tài)下所述目標(biāo)區(qū)域在所述特定頻段的檢測(cè)譜圖數(shù)據(jù)；

g、將待檢測(cè)阻抗?fàn)顩r下的所述檢測(cè)譜圖數(shù)據(jù)提供給所述分類器，以將所述待檢測(cè)阻抗?fàn)顟B(tài)分類到第1至第N阻抗?fàn)顟B(tài)之一。

其中所述分類器可以為支持向量機(jī)、Bayes分類器、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器、決策樹算法或者簡(jiǎn)單的向量比較指標(biāo)等。由于支持向量機(jī)方法具有嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)，在解決小樣本、非線性和高維模式識(shí)別問題方面具有很多優(yōu)勢(shì)，因此所述分類器優(yōu)選為支持向量機(jī)分類器。

本發(fā)明提供的基于分類器來檢測(cè)物體局部阻抗變化的方法至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

通過檢測(cè)物體被敲擊后產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)物體的阻抗?fàn)顟B(tài)與該響應(yīng)信號(hào)之間存在緊密關(guān)系，基于模式識(shí)別方法來判別物體狀態(tài)。該方法不但可以檢測(cè)出物體是否受損，還能比較準(zhǔn)確的對(duì)物體受損情況進(jìn)行定量識(shí)別，這是人工敲擊檢測(cè)所不能達(dá)到的效果。

另一方面，本發(fā)明還提供一種基于受控敲擊和分類器來檢測(cè)螺栓松緊狀態(tài)的系統(tǒng)，包括：

敲擊裝置，以固定敲擊力對(duì)螺栓進(jìn)行敲擊；