[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

本發明公開了一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法，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。本發明利用光纖環聲發射傳感器對扭力軸進行聲發射信號的測量，并通過數據與知識相結合的方法提取出故障因子；根據故障因子定義健康度函數，得出扭力軸的實時健康度，實現對扭力軸全生命周期的健康度監測，從而保證在故障發生前給出預警，避免不必要的損失。

技術領域

本發明涉及聲發射無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法。

背景技術

針對扭力軸健康度評定的問題，現有技術一般通過超聲檢測的方法進行扭力軸殘余應力的檢測，再根據被檢信號在扭力軸斷裂期間的波形變化粗略判斷扭力軸的健康狀況。但大多只是對波形變化加以描述，缺少對故障因子的定量分析，也不能對扭力軸的健康度給出判斷。

因此，如何提供一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法成為了本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于上述背景技術，本發明提供了一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法；針對扭力軸的實時健康狀況監測問題，制定了扭力軸的扭轉疲勞實驗方法，利用光纖環聲發射傳感器采集扭力軸表面及內部裂紋擴展產生的聲發射波信號。采用奇異譜分解對聲發射信號進行成分分解，根據不同成分的特征注入故障因子。并在故障因子的基礎上，設計了扭力軸健康度函數，精確地描述出扭力軸的損傷程度變化情況。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

一種基于光纖環聲發射的扭力軸健康度評估方法，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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：