[發明專利]左右勢阱粒子躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法

有效

• 申請號: 202110656605.6
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113375930B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 譙自健;殷安民;左錦榮;謝重陽
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/028;G06F17/15
• 代理公司: 無錫市興為專利代理事務所(特殊普通合伙) 32517
• 代理人: 屠志力

本發明公開了一種左右勢阱粒子躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法，克服了現有基于隨機共振故障檢測方法僅僅增強單一故障特征頻率幅值、無法提取重復瞬態特征的缺點，解決了未考慮左右勢阱非對稱性驅動粒子躍遷速率差異誘發共振微弱特征增強機理的問題。本發明首先建立左勢阱深度或寬度單一動態可調且與右勢阱非對稱雙阱勢，構造左右勢阱非對稱雙阱勢誘導過阻尼共振系統，產生不對等或不同步的左右勢阱粒子躍遷速率；然后，構建左右勢阱非對稱雙阱勢誘導過阻尼共振陣列，將機械原始信號矩形滑窗截斷的多個子信號輸入共振陣列，利用重校正峭度指標作為遺傳算法目標函數優化陣列參數，實現了機械早期故障微弱重復瞬態特征增強提取，將原始信號的峭度指標提高了80多倍。

技術領域

本發明屬于高端裝備微弱故障診斷領域，涉及一種左右勢阱粒子躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法。

背景技術

高端裝備長期面臨強腐蝕、強輻射、高低溫、強沖擊等極端工況，極易導致關鍵部件疲勞失效，引發巨大經濟損失和重大災難性事故，諸如船舶、飛機、火箭、衛星、核電站、高鐵、風電等。面向國家重大戰略需求，極端工況下高端裝備在使用過程中零部件表面微小損傷檢測研究不僅能夠指導零部件優化設計與制造，而且能夠及時引導輕微損傷自愈，延長零部件使用壽命，提高裝備服役安全與可靠性。

極端工況機械表面微小損傷檢測的重點是極端環境(如深空、深海、深地等)下高端裝備在高速、重載、高壓等各種外場及其耦合作用下表面微小損傷產生的超低信噪比微弱信號檢測問題，即微弱重復瞬態特征提取。不同于“厭噪”微弱信號檢測技術，隨機共振能夠利用噪聲增強機械微弱信號檢測，但現有隨機共振故障診斷技術不僅停留在增強單一故障特征頻率幅值，而且無法增強機械重復瞬態特征，未考慮左右勢阱布朗粒子躍遷速率差異誘發共振的微弱重復瞬態特征增強機理。

針對以上問題，實屬必要發展一種粒子左右勢阱躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法。

發明內容

本發明旨在提出一種左右勢阱粒子躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法，針對現有隨機共振故障檢測技術僅僅增強單一故障特征頻率幅值，忽略了故障特征倍頻或邊頻帶信息，容易發生故障誤診，無法增強機械重復瞬態特征，且未考慮布朗粒子左右勢阱不對等躍遷速率問題，將建立左勢阱深度或寬度單一動態可調且左右勢阱非對稱雙阱勢，通過自適應調節左勢阱深度或寬度產生與右勢阱不同步或不對等的布朗粒子躍遷速率，從而利用左右勢阱布朗粒子躍遷速率差異誘發共振俘獲噪聲能量增強機械重復瞬態特征提取。將左右勢阱粒子躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法應用到行星齒輪箱微弱故障重復瞬態特征提取，實現了行星齒輪箱早期故障診斷。為實現以上技術目的，本發明實施例采用的技術方案是：

本發明實施例提供了一種左右勢阱粒子躍遷速率差異誘發共振增強機械瞬態特征提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立左勢阱深度或寬度單一動態可調且左右勢阱非對稱雙阱勢，進而構造左右勢阱非對稱雙阱勢誘導過阻尼共振系統，產生不對等或不同步的左右勢阱粒子躍遷速率；

(2)利用矩形滑動窗函數截斷機械原始振動信號s(t)，獲得K個子信號s_j(t),j＝1,2,...,K，并構造左右勢阱非對稱雙阱勢誘導過阻尼共振系統K階陣列，將K個子信號作為K階陣列的輸入，求解陣列K個輸出子信號，將K個輸出子信號平方歸一化，首尾相接合成與原始信號等長的噪聲增強信號y(t)；

(3)在步驟(2)中，利用遺傳算法優化左右勢阱非對稱雙阱勢誘導過阻尼共振系統K階陣列參數，考慮輸出子信號的保真性和重復瞬態特征的沖擊性，建立重校正峭度指標作為遺傳算法目標函數，自適應優化K階陣列參數和尺度因子，觸發多尺度最優共振。

具體地，所述的左勢阱深度或寬度單一動態可調且左右勢阱非對稱雙阱勢，左右勢阱非對稱雙阱勢誘導過阻尼共振系統分別如式(1)和式(2)所示；