[發(fā)明專利]一種基于高斯模型的滾動軸承重疊超聲回波能量提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110055262.8
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112881016B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張四聰;曾亮;鄧文茜;徐光華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045;G06F17/14;G06N3/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于高斯模型的滾動軸承重疊超聲回波能量提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)通過超聲換能器獲取連續(xù)脈沖超聲回波信號，提取單脈沖超聲回波；

步驟2)根據(jù)單脈沖超聲回波建立二重超聲回波高斯模型；

步驟3)根據(jù)二重超聲回波高斯模型得到參數(shù)化超聲回波能量計算式；

步驟4)根據(jù)最小二乘法構(gòu)造粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)得：

y(θ)＝∑(x(t)-s(θ,t))²，

其中x(t)為實際測得的數(shù)據(jù)，s(θ,t)為模型的函數(shù)值，y(θ)為誤差平方和，當(dāng)其到達最小值時對應(yīng)的值θ即為最終估計參數(shù)向量；

步驟5)結(jié)合單脈沖超聲回波波形和二重超聲回波高斯模型，通過時域波形和小波變換估計粒子群算法的初始值；

步驟6)將初始參數(shù)向量作為其中一個粒子的初始值輸入粒子群算法，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)控制粒子群算法不斷迭代直至收斂；

步驟7)將最后估計出來的幅度和帶寬代入步驟3)得到的參數(shù)化超聲回波能量計算式，得兩個回波的能量E_s1和E_s2；

步驟8)，重復(fù)上述步驟1)-步驟7)，自適應(yīng)提取每個脈沖超聲回波能量，計算超聲回波能量系數(shù)W＝E_s2/E_s1，將一段時間內(nèi)的所有超聲回波能量系數(shù)W連接起來得到超聲回波能量系數(shù)曲線，簡稱UEER曲線；

所述的步驟2)具體步驟如下：

步驟2.1)根據(jù)高斯模型，將超聲換能器產(chǎn)生的脈沖響應(yīng)幅度表示為：

式中：t——時間變量；α——帶寬，表征超聲回波的衰減快慢，α越大，超聲衰減越快；α越小，超聲衰減越慢；f_c——中心頻率；

步驟2.2)根據(jù)超聲反射的物理規(guī)律，得到單個超聲回波信號為：

式中：——參數(shù)向量；β——幅度系數(shù)，即超聲回波的幅值；τ——到達時間，即從發(fā)射至接收到反射回波的時間；——相位；

步驟2.3)根據(jù)回波時域疊加原理，建立二重超聲回波高斯模型為：

式中：——第m個參數(shù)向量，m＝1,2；

所述的步驟3)具體步驟如下：

步驟3.1)計算相位為零且幅度歸一化即β＝1的單個超聲回波信號s(θ,t)的頻譜S(f)得：

式中：f——頻率變量；

步驟3.2)因此計算s(θ,t)的能量譜p_ss(f)得：

步驟3.3)將p_ss(f)在(-∞，+∞)上對f積分得單個超聲回波的能量E：

步驟3.4)當(dāng)f_c²≥0.2328α?xí)r，單個超聲回波的能量滿足E≥99％，此時其能量近似表示為：

所述的步驟5)具體步驟如下：

步驟5.1)忽略余弦相位的影響，β₀＝max[s(θ,t₀)]，此時τ₀＝t₀，據(jù)此得到初始幅度β₀和初始時延τ₀的估計值為各回波波形上最大值點對應(yīng)的坐標；

步驟5.2)取回波極值點(t,A_t)代入步驟2.2)的表達式，此時得：

為減少回波重疊的相互干擾，極值點分別取非重疊部分的峰值點；

步驟5.3)采用與超聲回波波形最相近的Morlet小波作為小波基函數(shù)，對超聲回波做小波變換，選取時頻圖中每個回波區(qū)域最大幅值對應(yīng)的頻率為相應(yīng)回波的初始中心頻率f_c0；

步驟5.4)將相位的初始值設(shè)為0；

步驟5.5)綜合步驟5.1)至步驟5.4)得到粒子群算法的初始參數(shù)向量