[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

权利要求书

1.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，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(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；

(5)裂纹特征参量的提取：首先将剩余信号X_res,in和X_res,out作归一化处理，归一化处理的流程为：①获取X_res,in和X_res,out两个信号中绝对值最大的数据值x_max；②分别将X_res,in和X_res,in除以x_max，得到和然后利用FFT对和进行对比分析，得到频谱分布对比图，并利用STFT方法得到和信号的时频域分布对比图；接着，利用频谱分布对比图，将和信号在相同频率下的幅值进行比较，并将信号的幅值高于信号幅值1.05倍的频率范围与STFT的频域分辨率对比，若该频率范围大于STFT的频域分辨率，则该频率范围定义为阻带；最后，判别是否存在阻带，若不存在，回到步骤(2)继续检测，若存在，则结合时频域分布对比图，进一步确定阻带中心频率以及带宽的时间分布，将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，并执行步骤(6)；

(6)横向裂纹的识别：通过横向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。

2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述的高通滤波器为数字滤波器，其通过频率为[2,+∞)。

3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(3)分解过程中，采用端点效应处理方法进行端点效应处理。

4.根据权利要求3所述的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，其特征在于：所述的端点效应处理方法为ISBM延拓法、镜像延拓法或平行延拓法。

5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(6)中，特征数据库预先建立，建立特征数据库时需要对轴向上多个位置横向裂纹以及每个位置横向裂纹的多个深度值分别确定横向裂纹阻带的中心频率和带宽与时间分布的关系特性；横向裂纹阻带的中心频率和带宽与时间分布关系特性的确定过程如下：选取没有横向裂纹的阶梯状圆柱轴，预先在该阶梯状圆柱轴上加工出预设位置和深度的横向裂纹，然后执行步骤(1)～步骤(5)，但不执行步骤(6)，从而确定该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。

6.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(6)中，若出现横向裂纹阻带带宽与时间分布的关系和特征数据库中不符，则选取特征数据库中与该横向裂纹阻带带宽差值最小的两个横向裂纹的位置求取中间值作为该横向裂纹的位置，且将与该横向裂纹阻带带宽差值最小的两个横向裂纹的深度值均值作为横向裂纹的深度值。