[发明专利]一种基于光纤环声发射的扭力轴健康度评估方法

权利要求书

1.一种基于光纤环声发射的扭力轴健康度评估方法，其特征在于，包括利用声发射传感器采集扭力轴在疲劳破坏过程中声发射信号的能量数据，通过基于奇异谱分析实现对扭力轴的性能退化分析，在性能退化分析的基础上，基于距离的健康度函数，实现对扭力轴全生命周期健康程度的判定。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤环声发射的扭力轴健康度评估方法，其特征在于，基于奇异谱分析实现对扭力轴的性能退化分析包括：对能量数据进行预处理确定不同成分对应的特征值，进行奇异谱成分分解提取故障特性，进行疲劳破坏时期判定。

3.根据权利要求2所述的一种基于光纤环声发射的扭力轴健康度评估方法，其特征在于，对能量数据进行预处理的方法为：

对能量数据进行预处理，去除冗余数据，补齐缺失数据；其中，补齐缺失数据的规则为：设定一个固定的时间间隔10^-ns，将数据中的时间项四舍五入精确到小数点后n位；然后补全相邻数据之间的缺失数据，补充的能量沿用前一时刻的值；如果相邻两项时间差值小于10^-ns，那么在时间项四舍五入后这两项的时间值相同，故对这两项进行合并操作，能量值取两项中较大的值。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤环声发射的扭力轴健康度评估方法，其特征在于，进行奇异谱成分分解的方法包括如下步骤：

(1)嵌入：

奇异谱成分的分析对象是有限长一维时间序列[x₁,x₂,...,x_N]，N为序列长度；首先需要选择合适的窗口长度L将原始时间序列进行滞后排列得到轨迹矩阵：

取令K＝N-L+1，则轨迹矩阵X为L×K的矩阵为：

(2)分解：

对轨迹矩阵进行奇异值分解,即将X分解为以下形式：

X＝UΣV^T      (3)

其中，U为左矩阵；Σ为对角矩阵，主对角线上的值即为奇异值；V为右矩阵；U、V均为单位正交阵，满足UU^T＝I,VV^T＝I；

首先计算轨迹矩阵的协方差矩阵：

S＝XX^T     (4)

对S进行特征值分解得到特征值λ₁＞λ₂＞...＞λ_L≥0和对应的特征向量U₁,U₂,...,U_L，此时U＝[U₁,U₂,...,U_L]，为原序列的奇异谱；且有：

其中，λ_i对应的特征向量U_i反映了时间序列的演变型，称为时间经验正交函数；

(3)分组:

计算迟滞序列X_i在U_m上的投影：

X_i表示轨迹矩阵X的第i列，是X_i所反映的时间演变型在原序列的x_i+1,x_i+2,...,x_i+L时段的权重,称为时间主成分；构成的矩阵为没有归一化的右矩阵，即

(4)重构：

通过时间经验正交函数和时间主成分来进行重建，具体重构过程如下：

其中，是x_i-j所反映的时间演变型在原序列的x_i+1,x_i+2,...,x_i+L时段的权重，U_k,j是λ_i对应特征向量U_i第j行的值；

这样，所有重构序列的和应当等于原序列，即：