[发明专利]阶梯状圆柱轴弹性波信号的横向裂纹特征识别与提取方法

说明书

本发明公开了阶梯状圆柱轴弹性波信号的横向裂纹特征识别与提取方法。现有转轴弹性波信号的分析方法在特征提取时，受到倍频信号干扰。本发明对所采集的被测试阶梯状圆柱轴两端的弹性波信号分别进行滤波后，利用EMD、EEMD或CEEMD方法分别分解成为多个IMF分量和残差信号，接着将倍频分量从分解后的信号中减去，然后将横向裂纹阻带的中心频率以及带宽与时间分布的关系特性作为裂纹的特征参量，与特征数据库进行分析匹配，得到横向裂纹的位置和深度信息。本发明将弹性波信号中的倍频成分进行了分解和去除，克服了在对弹性波波成分能量进行分析时，倍频信号干扰大的问题，使得最终的横向裂纹的分析结果更加准确。

技术领域

本发明属于信号处理、裂纹无损检测领域，尤其涉及一种阶梯状圆柱轴弹性波信号的横向裂纹特征识别与提取方法。

背景技术

旋转机械的转轴在运行过程中，由于受到复杂外部载荷的作用容易产生疲劳裂纹，这些疲劳裂纹的扩展会引起严重的断裂事故，甚至造成人员生命和财产的巨大损伤。转轴在运行时的振动以弹性波的形式在其中进行传播。转轴中弹性波的传播特性受到转轴几何尺寸、材料物理属性等诸多因素影响，而当转轴出现缺陷如裂纹时，弹性波的传播特性会受到影响，通过对弹性波传播特性的分析，可实现对裂纹的研究，最终达到裂纹检测的目的。

旋转机械主轴的运行环境较为复杂，所获取的弹性波信号具有背景噪声干扰大、非平稳和非线性的特点。此外，转轴在以其工频信号Xf运行时，由于不对中、油膜涡动等原因，会出现0.5Xf，1Xf，2Xf等倍频信号，这些信号也耦合在弹性波信号中。弹性波信号一般可以认为从转轴的一端(输入端)传入转轴，从另一端(输出端)传出转轴。通常，可以对弹性波的信号进行频谱分析(FFT)或者短时傅里叶变换(STFT)，通过弹性波输入端和输出端能量分布(频谱分布)的变化来对弹性波的传播特性进行对比，达到对横向裂纹进行识别的目的。以往的方法中，在进行频谱分析时，由于0.5Xf，1Xf，2Xf等倍频信号的干扰，使得在进行频谱分析时，往往无法准确对裂纹信号的特征进行识别。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种阶梯状圆柱轴弹性波信号的横向裂纹特征识别与提取方法，主要解决现有方法在特征提取时，受到倍频信号干扰的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括以下步骤：

(1)在被测试阶梯状圆柱轴的两端分别设置一个三向加速度传感器或分别设置一个三向位移传感器，被测试阶梯状圆柱轴转动时，采集被测试阶梯状圆柱轴两端的信号，每一端的三个信号合成一个弹性波信号。

(2)利用高通滤波器对所采集的被测试阶梯状圆柱轴两端的弹性波信号分别进行滤波，滤除白噪音。

(3)利用EMD、EEMD或CEEMD方法将经过步骤(2)滤波后的被测试阶梯状圆柱轴两端信号分别分解成为多个IMF分量和残差信号。

(4)信号作减法处理：利用FFT计算被测试阶梯状圆柱轴的工频Xf；分析步骤(3)中所有IMF的频率，若IMF分量的频率落入被测试阶梯状圆柱轴工频Xf的0.44～0.5、0.9～1.1、1.9～2.1、2.9～3.1、3.9～4.1或4.9～5.1倍范围内，则把该IMF分量从步骤(3)分解后的信号中减去，保留剩余的IMF分量和残差信号，分别得到被测试阶梯状圆柱轴输入端和输出端的剩余信号X_res,in和X_res,out。