[發(fā)明專利]基于超聲回波能量系數(shù)的滾動(dòng)軸承信號(hào)特征信息獲取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110276387.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN113063593B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐光華;王博;張四聰;況佳臣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/045
• 分類號(hào): G01M13/045
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于超聲回波能量系數(shù)的滾動(dòng)軸承信號(hào)特征信息獲取方法，首先將多脈沖超聲回波信號(hào)截取為單脈沖超聲回波信號(hào)，獲取單脈沖超聲回波信號(hào)的第一界面回波與第二界面回波；然后使用均方值表征回波信號(hào)的特征，計(jì)算超聲回波能量系數(shù)，實(shí)現(xiàn)快速、精確、平穩(wěn)的特征提取；最后根據(jù)彈簧模型計(jì)算油膜厚度特征分布情況，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承信號(hào)特征信息的獲取；本發(fā)明解決了海量超聲回波數(shù)據(jù)的處理問題，提高了海量超聲回波數(shù)據(jù)的計(jì)算速度與精度，同時(shí)為基于主動(dòng)超聲的滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)檢測提供了基礎(chǔ)，為滾動(dòng)軸承運(yùn)行狀態(tài)檢測的提供了新思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軸承超聲無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲回波能量系數(shù)的滾動(dòng)軸承信號(hào)特征信息獲取方法。

背景技術(shù)

滾動(dòng)軸承是機(jī)械設(shè)備的核心部件之一，其微小故障可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備遭受災(zāi)難性的毀壞，其質(zhì)量與性能直接關(guān)系到設(shè)備的壽命與可靠性。主動(dòng)超聲檢測技術(shù)是指由超聲探頭主動(dòng)發(fā)射超聲波，通過接收的反射超聲波的幅值、相位等信息來間接評(píng)價(jià)滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，是一種高效的無損檢測方法。在滾動(dòng)軸承的主動(dòng)超聲檢測技術(shù)中，如何從反射超聲信號(hào)提取精確的幅值、相位等信息是主動(dòng)超聲檢測技術(shù)的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的超聲信號(hào)特征信息獲取方式主要分為兩種：最大幅值法與參數(shù)估計(jì)法。最大幅值法使用回波時(shí)域信號(hào)幅值最大值作為回波幅值，其計(jì)算簡單，但是計(jì)算精度嚴(yán)重不足，無法滿足實(shí)用需求。參數(shù)估計(jì)法使用高斯模型等模型描述回波信號(hào)，使用EM算法、粒子群算法、遺傳算法等對(duì)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，其計(jì)算精度高，但是存在對(duì)信號(hào)模型依賴度高、計(jì)算速度慢等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于超聲回波能量系數(shù)的滾動(dòng)軸承信號(hào)特征信息獲取方法，提高了滾動(dòng)軸承特征信息獲取的速度與精度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于超聲回波能量系數(shù)的滾動(dòng)軸承信號(hào)特征信息獲取方法，包括以下步驟：

第一步，超聲回波區(qū)域劃分：超聲探頭為發(fā)射、接收一體化傳感器，超聲波從超聲探頭出發(fā)，在超聲探頭與延遲塊界面形成透射波與反射波；透射波沿延遲塊到達(dá)軸承外圈，在軸承座和軸承外圈的第一界面發(fā)生透射與反射，此反射波稱為第一界面回波；透射波沿軸承外圈傳播至軸承外圈與滾動(dòng)體的第二界面，在第二界面發(fā)生透射與反射，第二界面的反射波稱為第二界面回波；

在測量過程中，第一界面回波與第二界面回波在時(shí)域上的位置相對(duì)于激勵(lì)脈沖固定不變，即：超聲脈沖發(fā)射后，相應(yīng)時(shí)間區(qū)域采集到的信號(hào)分別為第一界面回波與第二界面回波；

第二步，超聲回波能量系數(shù)計(jì)算：記第一界面回波和第二界面回波分別為h₁、h₂，從能量的角度來表達(dá)超聲回波的變化，采用均方值來表征能量，對(duì)采集到的界面回波數(shù)字信號(hào)進(jìn)行超聲回波能量計(jì)算，即：

其中：h代表回波信號(hào)在某一點(diǎn)的幅值，N代表超聲回波的點(diǎn)數(shù)；

定義超聲回波能量系數(shù)為：

其中：w₂表示第二回波的能量，即第二界面處的反射回波能量， w₁表示第一回波的能量，即第一界面處的反射回波能量；

第三步，根據(jù)超聲回波能量系數(shù)計(jì)算油膜厚度：

根據(jù)超聲在界面的傳播規(guī)律，第一界面處的反射系數(shù)與透射系數(shù)為：

其中，R₁為第一界面反射系數(shù)，T₁為第一 界面透射系數(shù) ，z₁為軸承外圈的聲阻抗，z₀為延遲塊的聲阻抗；