[發明專利]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

• 申請號: 202110055262.8
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112881016B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 張四聰;曾亮;鄧文茜;徐光華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045;G06F17/14;G06N3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

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，首先獲取連續脈沖超聲回波信號，提取單脈沖超聲回波；再根據單脈沖超聲回波建立二重超聲回波高斯模型，計算參數化超聲回波能量表達式；然后根據最小二乘法構造粒子群算法的適應度函數得最終估計參數向量；再結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；然后輸入粒子群算法，根據適應度函數控制粒子群算法不斷迭代直至收斂；將最后估計的幅度和帶寬代入參數化超聲回波能量公式，得兩個回波的能量；重復提取每個脈沖超聲回波能量，計算超聲回波能量系數，得到UEER曲線；本發明不依賴于回波界面分離，可自適應提取回波能量。

技術領域

本發明屬于滾動軸承超聲檢測技術領域，具體涉及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。

背景技術

滾動軸承作為回轉機械中的關鍵核心部件，其質量和性能直接關系到機械設備的壽命與可靠性。據統計，由滾動軸承引起的故障事故約占總體機械故障事故的30％。而作為大型工程機械的重要結構件的低速重載軸承，因其運行工況惡劣、承受載荷大且常受到較大的沖擊載荷，更易出現局部點蝕、剝落以及滾子破裂等嚴重故障，進而導致重大工程事故的發生。因此，研究低速重載軸承的早期故障監測診斷方法具有迫切需求。

由于低速重載軸承故障頻率低、故障特征微弱、信噪比極低并存在信號冗余等，使得傳統基于振動信號的軸承故障診斷方法難以滿足其早期故障診斷需求。而超聲檢測方法具有高信噪比、高靈敏度、不受工況限制等特點，已被用于滾動軸承的動態特性檢測和潤滑狀態評估當中，通過分析超聲反射回波的特性變化來反映滾動軸承的運行狀態。

目前，超聲回波特征提取方法主要有超聲回波幅度法和超聲回波能量法。超聲回波幅度法主要通過提取回波的最大幅值構造回波幅度比例因子作為滾動軸承的狀態評價指標；由于超聲回波信號為高頻脈沖信號，受采樣條件的限制，在采樣過程中容易丟失峰值，從而影響了檢測的準確度。超聲回波能量法用回波幅值的均方值表示能量，將第二回波和第一回波的能量比作為超聲回波能量系數，以此來表征滾動軸承的運行狀態；但回波均方值能量的獲取依賴于回波邊界的準確分離，由于回波的長度和位置隨滾動軸承尺寸和超聲中心頻率等參數不同而變化，因此均方能量法不具有自適應性，難以實現軸承的在線監測，當軸承外圈厚度較小時甚至會出現第一、二界面回波重疊的情況，使得均方能量法難以進行能量提取。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供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，不依賴于回波界面分離，可自適應提取回波能量，并能較好解決重疊超聲回波的能量提取問題。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

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脈沖超聲回波信號，提取單脈沖超聲回波；

步驟2)根據單脈沖超聲回波建立二重超聲回波高斯模型；

步驟3)根據二重超聲回波高斯模型得到參數化超聲回波能量計算式；

步驟4)根據最小二乘法構造粒子群算法的適應度函數得：

y(θ)＝∑(x(t)-s(θ,t))²，

其中x(t)為實際測得的數據，s(θ,t)為模型的函數值，y(θ)為誤差平方和，當其到達最小值時對應的值θ即為最終估計參數向量；

步驟5)結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)將初始參數向量作為其中一個粒子的初始值輸入粒子群算法，根據適應度函數控制粒子群算法不斷迭代直至收斂；