[發明專利]階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法

有效

• 申請號: 201910911211.3
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110726538B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 魏義敏;史敏捷;陳文華;潘駿;李彤
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M13/028
• 代理公司: 杭州昊澤專利代理事務所(特殊普通合伙) 33449
• 代理人: 黃前澤

1.階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

(1)在被測試階梯狀圓柱軸的兩端分別設置一個三向加速度傳感器或分別設置一個三向位移傳感器，被測試階梯狀圓柱軸轉動時，采集被測試階梯狀圓柱軸兩端的信號，每一端的三個信號合成一個彈性波信號；

(2)利用高通濾波器對所采集的被測試階梯狀圓柱軸兩端的彈性波信號分別進行濾波，濾除白噪音；

(3)利用EMD、EEMD或CEEMD方法將經過步驟(2)濾波后的被測試階梯狀圓柱軸兩端信號分別分解成為多個IMF分量和殘差信號；

(4)信號作減法處理：利用FFT計算被測試階梯狀圓柱軸的工頻Xf；分析步驟(3)中所有IMF的頻率，若IMF分量的頻率落入被測試階梯狀圓柱軸工頻Xf的0.44～0.5、0.9～1.1、1.9～2.1、2.9～3.1、3.9～4.1或4.9～5.1倍范圍內，則把該IMF分量從步驟(3)分解后的信號中減去，保留剩余的IMF分量和殘差信號，分別得到被測試階梯狀圓柱軸輸入端和輸出端的剩余信號X_res,in和X_res,out；

(5)裂紋特征參量的提取：首先將剩余信號X_res,in和X_res,out作歸一化處理，歸一化處理的流程為：①獲取X_res,in和X_res,out兩個信號中絕對值最大的數據值x_max；②分別將X_res,in和X_res,in除以x_max，得到和然后利用FFT對和進行對比分析，得到頻譜分布對比圖，并利用STFT方法得到和信號的時頻域分布對比圖；接著，利用頻譜分布對比圖，將和信號在相同頻率下的幅值進行比較，并將信號的幅值高于信號幅值1.05倍的頻率范圍與STFT的頻域分辨率對比，若該頻率范圍大于STFT的頻域分辨率，則該頻率范圍定義為阻帶；最后，判別是否存在阻帶，若不存在，回到步驟(2)繼續檢測，若存在，則結合時頻域分布對比圖，進一步確定阻帶中心頻率以及帶寬的時間分布，將阻帶的中心頻率以及帶寬與時間分布的關系特性作為裂紋的特征參量，并執行步驟(6)；

(6)橫向裂紋的識別：通過橫向裂紋的特征參量與特征數據庫進行分析匹配，得到橫向裂紋的位置和深度信息。

2.根據權利要求1所述的階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法，其特征在于：所述的高通濾波器為數字濾波器，其通過頻率為[2,+∞)。

3.根據權利要求1所述的階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法，其特征在于：步驟(3)分解過程中，采用端點效應處理方法進行端點效應處理。

4.根據權利要求3所述的階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法，其特征在于：所述的端點效應處理方法為ISBM延拓法、鏡像延拓法或平行延拓法。

5.根據權利要求1所述的階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法，其特征在于：步驟(6)中，特征數據庫預先建立，建立特征數據庫時需要對軸向上多個位置橫向裂紋以及每個位置橫向裂紋的多個深度值分別確定橫向裂紋阻帶的中心頻率和帶寬與時間分布的關系特性；橫向裂紋阻帶的中心頻率和帶寬與時間分布關系特性的確定過程如下：選取沒有橫向裂紋的階梯狀圓柱軸，預先在該階梯狀圓柱軸上加工出預設位置和深度的橫向裂紋，然后執行步驟(1)～步驟(5)，但不執行步驟(6)，從而確定該橫向裂紋阻帶的中心頻率以及帶寬與時間分布的關系特性。

6.根據權利要求1所述的階梯狀圓柱軸彈性波信號的橫向裂紋特征識別與提取方法，其特征在于：步驟(6)中，若出現橫向裂紋阻帶帶寬與時間分布的關系和特征數據庫中不符，則選取特征數據庫中與該橫向裂紋阻帶帶寬差值最小的兩個橫向裂紋的位置求取中間值作為該橫向裂紋的位置，且將與該橫向裂紋阻帶帶寬差值最小的兩個橫向裂紋的深度值均值作為橫向裂紋的深度值。