[發明專利]流體機械葉片多裂紋的聲發射檢測方法

有效

• 申請號: 201710866467.8
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107478729B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 周勃;俞方艾;陳長征
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44
• 代理公司: 21107 沈陽亞泰專利商標代理有限公司
• 代理人: 史力伏

1.流體機械葉片多裂紋的聲發射檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、首先在流體機械設備葉片中的多裂紋附近安裝聲發射傳感器，接收聲發射信號，并將波動信號轉換為電信號，通過聲發射采集系統，確定信號的采樣頻率、采樣長度、濾波頻率；

步驟2、然后利用小波濾波器對采集信號X(k)進行預降噪消噪處理，從而提升盲源信號分離的效果；然后應用盲解卷算法，在源的信息和通道信息均未知時，通過濾波器W(k)消除通道影響，對去噪后的混合信號x(k)進行盲源分離，將輸出信號y(k)作為源信號s(k)的近似估計并將輸出信號y(k)的廣義能量作為目標函數，根據Godard算法，得到修正濾波器系數的目標函數；最小化目標函數，得到調整濾波器系數的自適應迭代式；再用最小均方算法最小化目標函數得到濾波器W(k)的迭代式；最后，用相似系數ξ來檢驗盲解卷結果與期望信號的相似程度，ξ越接近1則分離效果越好；

步驟3、最后通過對分離出的多裂紋聲發射信號進行特征分析，根據結果分析來判定裂紋狀態從而實現對流體機械設備葉片進行多裂紋檢測；

所述步驟2中應用小波去噪和盲去卷積分離算法從而分離信號的計算步驟如下：

(2.1).首先，根據數據采集系統將在機組葉片或設備的多裂紋處采集的AE信號作為采集信號X(k)，y(k)是源信號s(k)的估計信號，因此聲發射傳感器所得的混合信號可表示為：

s(k)＝y(k)＝f[WX(k)-WA(z)V(k)] (1)

y(k)＝Wx(k) (2)

式中，V(k)為噪聲信號，W為自適應濾波器；A為未知通道的脈沖響應，A(z)為信道沖擊響應，代表從第i源信號到傳感器的線性傳遞函數，A(z)＝[A₁(z)，A₂(z)，...A_n(z)]^T，且A_i(z)表示任意i源的脈沖響應信號；a_in表示任意i源脈沖響應信號分量，n個信號分量組成A_i(z)；X(k)為采集信號，x(k)為去噪后的信號；

(2.2).根據小波去噪算法對采集的機組AE信號X(k)進行進行消噪的預處理，從而得到去噪后的信號x(k)：

x(k)＝X(k)-V(k) (3)

式中：X(k)為采集信號；x(k)為去噪后的信號；V(k)為噪聲信號；

(2.3).在小波基B：{g_m}_0≤m＜N下，式(3)兩邊表達式分別與g_m作內積得：

x_B[m]＝X_B[m]-V(k)_B[m] (4)

式中，x_B[m]＝<x，g_m>，X_B[m]＝<X，g_m>和V(k)_B[m]＝<V(k)，g_m>；

(2.4).V(k)是方差為σ2的零均值白噪聲，從而得：

E{V[n]V[k]}＝σ²δ[n-k] (5)

式中，V[n]為無噪聲干擾信號；δ為信噪比；n、k為信號向量維數；

(2.5).對于采集信號X(k)，在小波基B：{g_m}_0≤m＜N下，x(k)＝X(k)-V(k)和x_B[m]＝X_B[m]-V(k)_B[m]估計x(k)的估計子為：

式中，d_m(X(k)_B[_m])為閾值函數，利用軟取閾值方法通過稍微減少所有系數的幅值來減少所加的噪聲，其閾值選取為：

式中，T為消噪小波閾值；通過取式中，N為信號序列長度，σ為系統噪聲的標準差；獲得去除過程信號噪聲的小波變換系數的閾值，最終得到經小波變換去噪后的信號x(k)；

(2.6).利用盲分離算法對去噪后的信號x(k)進行分離，將輸出信號y(k)的廣義能量作為目標函數表示為：

(2.7).通過估計值與輸入值之間的誤差e(k)來調整濾波器系數，根據Godard算法，修正濾波器系數后的目標函數式可表達為：

其中，s(k)為源信號；

(2.8).用最小均方算法最小化式(10)中的目標函數，由此可推導出調整濾波器系數的自適應迭代式：

式中，μ為自適應迭代式的步長，μ＝0.1，k＝2；

(2.9).評價AE信號的盲源分離效果，可以采用相似系數來檢驗盲解卷結果與期望信號的相似程度，表示如下：

ξ越接近1，則說明輸出結果與源信號相似度越高，非線性函數選取的越適合；

(2.10).將公式(11)所得濾波器W(k)的迭代式帶入公式(2)中分離源信號s(k)的估計信號y(k)；

(2.11).繪圖；

(2.12).結束。

2.根據權利要求1所述的流體機械葉片多裂紋的聲發射檢測方法，其特征在于：所述步驟1中的聲發射采集系統采用的是美國PAC公司的PCI-2聲發射采集系統。