[發明專利]一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法

在審

• 申請號: 202310400268.3
• 申請日: 2023-04-14
• 公開（公告）號: CN116500134A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 楊麗曼;錢威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/46;G01H9/00
• 代理公司: 北京快易權知識產權代理有限公司 11660
• 代理人: 趙秀英

1.一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法，其特征在于，包括利用聲發射傳感器采集扭力軸在疲勞破壞過程中聲發射信號的能量數據，通過基于奇異譜分析實現對扭力軸的性能退化分析，在性能退化分析的基礎上，基于距離的健康度函數，實現對扭力軸全生命周期健康程度的判定。

2.根據權利要求1所述的一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法，其特征在于，基于奇異譜分析實現對扭力軸的性能退化分析包括：對能量數據進行預處理確定不同成分對應的特征值，進行奇異譜成分分解提取故障特性，進行疲勞破壞時期判定。

3.根據權利要求2所述的一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法，其特征在于，對能量數據進行預處理的方法為：

對能量數據進行預處理，去除冗余數據，補齊缺失數據；其中，補齊缺失數據的規則為：設定一個固定的時間間隔10^-ns，將數據中的時間項四舍五入精確到小數點后n位；然后補全相鄰數據之間的缺失數據，補充的能量沿用前一時刻的值；如果相鄰兩項時間差值小于10^-ns，那么在時間項四舍五入后這兩項的時間值相同，故對這兩項進行合并操作，能量值取兩項中較大的值。

4.根據權利要求3所述的一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法，其特征在于，進行奇異譜成分分解的方法包括如下步驟：

(1)嵌入：

奇異譜成分的分析對象是有限長一維時間序列[x₁,x₂,...,x_N]，N為序列長度；首先需要選擇合適的窗口長度L將原始時間序列進行滯后排列得到軌跡矩陣：

取令K＝N-L+1，則軌跡矩陣X為L×K的矩陣為：

(2)分解：

對軌跡矩陣進行奇異值分解,即將X分解為以下形式：

X＝UΣV^T??????(3)

其中，U為左矩陣；Σ為對角矩陣，主對角線上的值即為奇異值；V為右矩陣；U、V均為單位正交陣，滿足UU^T＝I,VV^T＝I；

首先計算軌跡矩陣的協方差矩陣：

S＝XX^T?????(4)

對S進行特征值分解得到特征值λ₁＞λ₂＞...＞λ_L≥0和對應的特征向量U₁,U₂,...,U_L，此時U＝[U₁,U₂,...,U_L]，為原序列的奇異譜；且有：

其中，λ_i對應的特征向量U_i反映了時間序列的演變型，稱為時間經驗正交函數；

(3)分組:

計算遲滯序列X_i在U_m上的投影：

X_i表示軌跡矩陣X的第i列，是X_i所反映的時間演變型在原序列的x_i+1,x_i+2,...,x_i+L時段的權重,稱為時間主成分；構成的矩陣為沒有歸一化的右矩陣，即

(4)重構：

通過時間經驗正交函數和時間主成分來進行重建，具體重構過程如下：

其中，是x_i-j所反映的時間演變型在原序列的x_i+1,x_i+2,...,x_i+L時段的權重，U_k,j是λ_i對應特征向量U_i第j行的值；

這樣，所有重構序列的和應當等于原序列，即：