[发明专利]一种基于声发射信号特征参数的起重机结构损伤诊断方法

说明书

本发明公开一种基于声发射信号特征参数的起重机结构损伤诊断方法，沿起重机主梁方向采用线性定位布置多个声发射传感器并根据背景噪声强度设置门槛值，使用声发射采集系统采集声发射信号，声发射信号的信号强度和持续时间为特征参数构造特征参数图，并根据由特征参数图拟合的上边界直线与下边界直线连接形成的封闭区域与阈值区域相比，判断起重机结构损伤状况，有效地避免了繁琐的信号处理过程，摆脱了信号波形分析方法对信号处理技术和故障诊断经验等先验知识的依赖。本发明具有使用简单、直观、快速等优点，能够在不影响起重机正常工作的情况下对起重机损伤进行初期诊断。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种基于声发射信号特征参数的起重机结构损伤诊断方法。

背景技术

起重机作为一种物料装卸以及运输的大型机械设备，已广泛应用于建筑、冶金、化工、机械制造以及物流运输等行业中。由于起重机的工作环境通常较为恶劣，加之工作时受到交变载荷的作用，长期工作其内部的损伤（焊接缺陷和疲劳裂纹等）容易造成起重机结构件的弯曲变形甚至断裂，引起严重的安全事故。因此，实现对起重机结构件损伤的有效检测和诊断具有重要的意义。

声发射是指材料受到外力或内力作用时发生形变或断裂而产生瞬态弹性波的一种现象，故声发射信号直接来源于材料裂纹本身。目前，已有基于声发射信号的无损检测方法，与常规的无损检测方法相比具有实时性的特点，可实现动态检测和连续检测，且还具有检测范围广以及对构件的形状和结构不敏感等特点。现有对于声发射信号的处理分析主要有以下两种方法：一种是声发射信号波形分析方法，即对声发射信号的时域波形采用传统的信号处理方法（如频域分析、小波分析等）进行处理和分析，进而得到声发射源信息，该方法较为复杂，对先验知识和经验要求较高；另一种是特征参数分析方法，也是分析声发射信号较为经典的方法，通过对获取的声发射信号进行处理，变换成不同的特征参数（有振铃计数、上升时间、能量和幅值等）来表征声发射源信息，具有直观、简单和易于测量等优点。

目前，国内外基于声发射信号无损检测方法主要应用于齿轮轴承、压力容器、锅炉和岩体材料等，在起重机结构损伤检测和结构完整性方面的研究较少。杨浩宇等利用双谱分析方法分析了Q345B钢桥式起重机箱形梁和同种金属结构材料实验室小试样疲劳过程的声发射信号，发现两种试样的声发射信号在疲劳断裂过程以及疲劳各阶段的疲劳断裂损伤状态是相同的；骆红云等发表了基于EAF和LAP复合策略的桥式起重机箱式梁声发射检测装置及损伤检测方法的专利，将预处理后的声发射信号经EAF过滤单元的去噪后进行LAP二维异面定位处理获得出定位区域；李杨等发表了一种基于自适应优化VMD的起重机主梁损伤声发射无损检测方法的专利，通过自适应优化VMD对声发射信号进行降噪，并根据信号的重心频率分布范围判断起重机主梁的不同损伤阶段。以上方法均采用的是对声发射信号波形进行处理和分析的方法，处理过程较为复杂，且要求使用者拥有一定的信号处理知识和经验。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种基于声发射信号特征参数的起重机结构损伤诊断方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于声发射信号特征参数的起重机结构损伤诊断方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：

步骤1：采集声发射信号

沿起重机主梁方向采用线性定位布置多个声发射传感器并根据背景噪声强度设置门槛值，使用声发射采集系统采集声发射信号；

步骤2：得到起重机主梁声发射信号特征参数图

选取声发射信号的信号强度和持续时间为参数在平面直角坐标系作出散点关联图，即特征参数图，所述散点关联图的横坐标为所测声发射信号的信号强度SS，单位是nVs，纵坐标为所测声发射信号的持续时间Dur，单位是μs；

步骤3：提取散点关联图的上下边界点

将所测得信号的散点关联图沿X轴方向分成n段，每一段的间隔为0.2nVs，分别选取出每一段中纵坐标最大的点和纵坐标最小的点,i=1,2,...,n,分别得到上边界点的集合和下边界点的集合；