[发明专利]一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法

权利要求书

1.一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

a，制作应变式智能齿轮：在齿轮齿根根部均布Z个薄膜式的应变微型传感器，通过内嵌感知系统构建应变式智能齿轮；

b，获取局域应变响应矩阵X：齿轮实际啮合运转时，相邻轮齿与另一齿轮发生啮合时先后受到拉、压微应变并被局部的应变微型传感器感知，产生相应的局域强应变信号序列；

c，对齐应变位置矩阵D：给定固定齿数z或角度,依据应变编码对的相位延滞效应，通过相位位置矩阵实现相关应变对对齐，获取修正后的局域强应变矩阵；

d，短时应变矩阵C：基于齿轮啮合原理，通过设定局部啮合窗函数W提取每个齿根位置的局域强应变冲击，构造输出短时应变矩阵；

e，应变信息编码矩阵U：利用峭度完成对上述短时应变矩阵C的统计描述，获取应变信息的编码输出；

f，应变差动自编码序列y：基于轮齿啮合的相似性与差异性，对上述应变信息编码矩阵U进行自差动编码输出，实现对轮齿的精确化描述，确定齿轮的运行状态及故障位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，其特征在于：以齿轮转动时第一个啮合的传感器H₁位置作为位置起点，以转动方向相同的顺序定义其他传感器分别为H₂，H₃，…，H_i，…，H_Z，其中Z为齿数，H₁和H_1+Δ，H₂和H_2+Δ，H_i和H_i+Δ等以此类推互成一组应变编码对，其中Δ为给定齿数差这里为向下取整操作。

3.根据权利要求2所述的一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，其特征在于：通过Z个微型应变传感器H₁，H₂，H₃，…，H_i，…，H_Z获得的局域应变响应矩阵X:

其中X_i向量为传感器H_i所采集的应变信号序列，L为信号向量的长度，X_i＝[x_i(1) x_i(2)... x_i(L)]。

4.根据权利要求3所述的一种基于应变式智能齿轮的差动自编码方法，其特征在于：定义X_i+Δ向量为与传感器H_i近似成θ＝180°位置传感器H_i+Δ所采集的应变信号序列，其中Δ为给定齿数差这里为向下取整操作；二者组成一个差动编码对矩阵E_i：

其中选择矩阵e表示选择操作，基于相位补偿原理，采用位置矩阵对齐，使X_i和X_i+Δ在不同位置啮合时产生同序强应变冲击，得到对齐应变位置矩阵D_i|_2×L：

其中D_i为第i个齿根微型应变单元所对应的对齐位置矩阵，P_i为第i个齿根微型应变单元所对应的应变编码位置矩阵，表示位置补偿操作：

其中，Δ为给定齿数差λ是位置补偿点数这里f_s是采样频率，f_r是轴转频率，在上述对齐应变位置矩阵D_i|_2×L上进行局域强应变拾取，获取短时应变矩阵C_i|_2×K：

其中W(m)为短时平移矩形窗，窗长为w+1，依据齿轮啮合原理可知：

其中α为窗宽增益系数，另外表示平移截取运算，其中d_z是平移步长；其中k＝0,1,2,…,K，K为应变矩阵列数，也即短时平移窗在应变信号平移步数：