[發(fā)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

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• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110726538B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏義敏;史敏捷;陳文華;潘駿;李彤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 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(wù)所(特殊普通合伙) 33449
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了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。現(xiàn)有轉(zhuǎn)軸彈性波信號的分析方法在特征提取時，受到倍頻信號干擾。本發(fā)明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(jìn)行濾波后，利用EMD、EEMD或CEEMD方法分別分解成為多個IMF分量和殘差信號，接著將倍頻分量從分解后的信號中減去，然后將橫向裂紋阻帶的中心頻率以及帶寬與時間分布的關(guān)系特性作為裂紋的特征參量，與特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析匹配，得到橫向裂紋的位置和深度信息。本發(fā)明將彈性波信號中的倍頻成分進(jìn)行了分解和去除，克服了在對彈性波波成分能量進(jìn)行分析時，倍頻信號干擾大的問題，使得最終的橫向裂紋的分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理、裂紋無損檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種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。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)軸在運(yùn)行過程中，由于受到復(fù)雜外部載荷的作用容易產(chǎn)生疲勞裂紋，這些疲勞裂紋的擴(kuò)展會引起嚴(yán)重的斷裂事故，甚至造成人員生命和財產(chǎn)的巨大損傷。轉(zhuǎn)軸在運(yùn)行時的振動以彈性波的形式在其中進(jìn)行傳播。轉(zhuǎn)軸中彈性波的傳播特性受到轉(zhuǎn)軸幾何尺寸、材料物理屬性等諸多因素影響，而當(dāng)轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)缺陷如裂紋時，彈性波的傳播特性會受到影響，通過對彈性波傳播特性的分析，可實現(xiàn)對裂紋的研究，最終達(dá)到裂紋檢測的目的。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸的運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，所獲取的彈性波信號具有背景噪聲干擾大、非平穩(wěn)和非線性的特點。此外，轉(zhuǎn)軸在以其工頻信號Xf運(yùn)行時，由于不對中、油膜渦動等原因，會出現(xiàn)0.5Xf，1Xf，2Xf等倍頻信號，這些信號也耦合在彈性波信號中。彈性波信號一般可以認(rèn)為從轉(zhuǎn)軸的一端(輸入端)傳入轉(zhuǎn)軸，從另一端(輸出端)傳出轉(zhuǎn)軸。通常，可以對彈性波的信號進(jìn)行頻譜分析(FFT)或者短時傅里葉變換(STFT)，通過彈性波輸入端和輸出端能量分布(頻譜分布)的變化來對彈性波的傳播特性進(jìn)行對比，達(dá)到對橫向裂紋進(jìn)行識別的目的。以往的方法中，在進(jìn)行頻譜分析時，由于0.5Xf，1Xf，2Xf等倍頻信號的干擾，使得在進(jìn)行頻譜分析時，往往無法準(zhǔn)確對裂紋信號的特征進(jìn)行識別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種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，主要解決現(xiàn)有方法在特征提取時，受到倍頻信號干擾的問題。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括以下步驟：

(1)在被測試階梯狀圓柱軸的兩端分別設(shè)置一個三向加速度傳感器或分別設(shè)置一個三向位移傳感器，被測試階梯狀圓柱軸轉(zhuǎn)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(jìn)行濾波，濾除白噪音。

(3)利用EMD、EEMD或CEEMD方法將經(jīng)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(nèi)，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。