專利名稱：：基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種疲勞損傷狀態(tài)的定量評估，更特別地說，是指一種采用雙譜分析法對港口大型機(jī)械設(shè)備中的在役16錳鋼(16Mn鋼)承力件進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)定量評估的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：港口大型機(jī)械設(shè)備中的岸邊設(shè)備如裝船機(jī)、卸船機(jī)、抓斗機(jī)等，常應(yīng)用16Mn鋼作為關(guān)鍵承力件。岸邊設(shè)備在使用一段時(shí)間后，作為主要承力件的16Mn鋼的疲勞損傷狀態(tài)對整個(gè)岸邊設(shè)備的使用壽命將造成重要影響。16Mn鋼是結(jié)合我國資源情況(錳是我國富產(chǎn)元素)發(fā)展起來的一種低合金鋼，已被廣泛使用。16Mn鋼承力件在服役一定的時(shí)間后，時(shí)常會發(fā)生一些失效事故，而損傷是造成其失效的主要原因，為此要對其損傷狀態(tài)作出定量評估，及時(shí)、正確地評價(jià)16Mn鋼承力件的損傷等級，為其安全運(yùn)行及壽命預(yù)測提供依據(jù)。聲發(fā)射技術(shù)(AcousticEmissionTechnique)因具有動態(tài)、實(shí)時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用于結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的損傷檢測。實(shí)踐表明，材料在受載荷作用時(shí)會發(fā)生不同程度的損傷，而損傷狀態(tài)的變化會導(dǎo)致聲發(fā)射波形信號特征發(fā)生一系列變化。例如在在受疲勞載荷作用時(shí)材料的裂紋，或類似于裂紋的缺陷會發(fā)生擴(kuò)展，即裂紋從穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)向失穩(wěn)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變，這些損傷狀態(tài)轉(zhuǎn)變都將引起聲發(fā)射波形信號幅度、相位、頻率的變化；因此有必要利用聲發(fā)射技術(shù)作為監(jiān)測16Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)的工具。雙譜分析法是信號處理領(lǐng)域非常有用的重要分析工具。它能有效的分析處理非高斯、非線性、非因果信號和高斯有色噪聲及盲信號。它從更高概率結(jié)構(gòu)表征隨機(jī)信號，可彌補(bǔ)二階統(tǒng)計(jì)量(功率譜)不合相位信息、不能提取更多有用信息的缺陷，具有高分辨率和強(qiáng)抗噪聲能力等優(yōu)點(diǎn)。以聲發(fā)射波形信號數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的雙譜分析方法可獲得信號的定量譜特征，因此可以將雙譜分析法應(yīng)用于疲勞損傷狀態(tài)的聲發(fā)射信號處理中，從而得到疲勞損傷狀態(tài)的定量表征與評估。隨著現(xiàn)代工業(yè)日益向大規(guī)模、高效率發(fā)展，作為港口重要物流裝備的大型岸邊起重機(jī)械，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)1、目前使用中的很多大型起重機(jī)是上世紀(jì)60年代至70年代我國自行設(shè)計(jì)制造或從東歐進(jìn)口，還有少數(shù)是從美、日等國進(jìn)口的二手設(shè)備，按設(shè)計(jì)壽命2025年考慮，很多設(shè)備也已進(jìn)入服役后期或超期服役階段；2、由于絕大部分機(jī)械構(gòu)件服役時(shí)承受交變載荷，因此失效形式大部分為疲勞失效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由機(jī)械故障引起的事故中，80%以上與材料的疲勞損傷有關(guān)；3、目前的損傷檢測方法在大型鋼結(jié)構(gòu)檢測方面都存在不同程度的局限性，如超聲波檢測和磁粉檢測等方法對起重機(jī)進(jìn)行的部分抽樣檢測，盲目性大、易出現(xiàn)漏檢且檢測的周期長，工作量大，費(fèi)用昂貴；4、預(yù)警評估系統(tǒng)目前尚不完善，目前應(yīng)用的分析判別技術(shù)還不能對起重機(jī)承力件的疲勞損傷做出準(zhǔn)確的預(yù)警和安全評估，尤其是我國港口大型機(jī)械設(shè)備安全事故時(shí)有發(fā)生，其中，超載引起的拉伸疲勞損傷是港口大型岸邊起重裝備承力件主要的損傷模式之一。因此，為確保大型岸邊起重機(jī)械安全可靠的運(yùn)行，須對承力件進(jìn)行檢測、判斷疲勞損傷狀態(tài)，從而進(jìn)行安全評估。
發(fā)明內(nèi)容為了減少大型岸邊起重機(jī)械在使用過程中，由于疲勞損傷導(dǎo)致的16Mn鋼承力件突然斷裂造成的損失，本發(fā)明提出一種采用聲發(fā)射技術(shù)對在役16Mn鋼承力件進(jìn)行監(jiān)測，得到聲發(fā)射波形信號表示的疲勞損傷狀態(tài)信息，并采用雙譜分析方法對其疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行定量評估。應(yīng)用本發(fā)明的監(jiān)測結(jié)果能夠?qū)?6Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行定量的評估判斷，從而做出預(yù)警，減少裝備及人員傷亡等損失。本發(fā)明的一種基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)由原始波形信號提取單元(1)、疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元(2)、疲勞損傷等級評定單元(3)和預(yù)警單元(4)組成；其中，疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元(2)由雙譜估計(jì)模塊(21)、雙譜對角切片模塊(22)和疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊(23)組成；所述的疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊(23)由疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊(23A)、疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)計(jì)算模塊(23B)和疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)分析模塊(23C)組成；原始波形信號提取單元(1)對接收的多路傳感信息Sn進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出聲發(fā)射波形信息f。(T);雙譜估計(jì)模塊(21)采用雙譜分析法對聲發(fā)射波形信息f。(T)進(jìn)行處理得到雙譜估計(jì)B("""2)，然后雙譜對角切片模塊(22)對雙譜估計(jì)B(c^，"2)進(jìn)行對角切片分析得到雙譜對角切片信息o(F)，最后疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊(23A)對角切片信息"(F)進(jìn)行處理輸出疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，F(xiàn)，F(xiàn)m]給疲勞損傷等級評定單元(3)進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)評定；預(yù)警單元(4)接收到報(bào)警啟動信號后，觸發(fā)啟動開關(guān)輸出提示音。本發(fā)明基于雙譜分析法對16Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行評估的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于(A)本發(fā)明使用雙譜分析方法，將聲發(fā)射波形信息定量化，得到了反映16Mn鋼承力件的疲勞損傷狀態(tài)的定量參數(shù)。這種方法較傳統(tǒng)的頻譜分析方法更為直觀準(zhǔn)確，并且具有定量化的特點(diǎn)，便于對16Mn鋼的疲勞損傷狀態(tài)做出正確的評估。(B)本發(fā)明結(jié)合聲發(fā)射技術(shù)與雙譜分析方法，提出了16Mn鋼的疲勞損傷狀態(tài)矩陣，疲勞損傷狀態(tài)矩陣通過疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻，疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)以及疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)三個(gè)參量共同對疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行評估，使得評定結(jié)果精確可靠，大大減小了錯誤的概率。(C)對疲勞損傷下的16鋼承力件進(jìn)行了疲勞損傷等級的劃分和鑒定?？梢院唵我仔械貙ξ粗趽p傷狀態(tài)的16Mn鋼承力件做出疲勞損傷狀態(tài)、疲勞損傷程度的評價(jià)。(D)使用本發(fā)明可以對工況下的16Mn鋼承力件的疲勞損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)可及時(shí)預(yù)警，因此可以大大減少人員財(cái)產(chǎn)的損失，保證安全以及經(jīng)濟(jì)效益。圖1是聲發(fā)射儀與多個(gè)傳感器連接的簡示圖。圖2是聲發(fā)射儀中存儲有16Mn鋼疲勞損傷狀態(tài)定量評估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2A是本發(fā)明疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元結(jié)構(gòu)框圖。圖3是聲發(fā)射波形信息示意圖。圖4是本發(fā)明的雙譜對角切片圖。圖中1.原始波形信號提取單元21.雙譜估計(jì)模塊23.疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊模塊2.疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元22.雙譜對角切片模塊23A.疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析23B.疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)計(jì)算模塊23C.疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)計(jì)算模塊3.疲勞損傷等級評定單元4.預(yù)警單元具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明通過在大型岸邊起重機(jī)械的承力件上布置多個(gè)聲發(fā)射傳感器，并且多個(gè)聲發(fā)射傳感器的輸出端分別與聲發(fā)射儀連接。該聲發(fā)射儀對接收到的多路傳感信息應(yīng)用本發(fā)明的16Mn鋼疲勞損傷狀態(tài)定量評估系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而對被測對象(大型岸邊起重機(jī)械的承力件)的疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行定量評估。參見圖l所示，一個(gè)聲發(fā)射儀分別與聲發(fā)射傳感器A、聲發(fā)射傳感器B、聲發(fā)射傳感器C、……、聲發(fā)射傳感器N連接，通過多個(gè)聲發(fā)射傳感器實(shí)現(xiàn)對被測對象的多路聲信息的采集。所述的聲發(fā)射傳感器選取PAC公司生產(chǎn)的R15傳感器。其共振頻率為150kHz。所述的聲發(fā)射儀選取PAC公司生產(chǎn)的全數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng)。該聲發(fā)射系統(tǒng)包括有主機(jī)系統(tǒng)和DiSP系統(tǒng)，本發(fā)明的16Mn鋼疲勞損傷狀態(tài)定量評估系統(tǒng)存儲在主機(jī)系統(tǒng)的存儲器中。該DiSP系統(tǒng)中的每通道具有高達(dá)2MHz的信號采樣率。參見圖2、圖2A所示，為了減少大型岸邊起重機(jī)械在使用過程中，由于各種疲勞損傷導(dǎo)致的16Mn鋼承力件突然斷裂造成的損失，本發(fā)明采用雙譜分析法對在役16Mn鋼承力件進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行定量評估。本發(fā)明的16Mn鋼疲勞損傷狀態(tài)定量評估系統(tǒng)包括有原始波形信號提取單元1、疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元2、疲勞損傷等級評定單元3以及預(yù)警單元4。在本發(fā)明中，疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)采用Matlab語言(版本7.0)開發(fā)，運(yùn)行在聲發(fā)射儀的處理器中。本發(fā)明采用數(shù)字化的技術(shù)手段對在役16Mn鋼承力件進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)評估，能夠?qū)崿F(xiàn)對大型岸邊起重機(jī)械危險(xiǎn)情況的提前預(yù)警。下面分別對本發(fā)明疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)中的各個(gè)單元采用的技術(shù)手段、實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行詳細(xì)說明[OO41](—)原始波形信號提取單元1在本發(fā)明中，原始波形信號提取單元1第一方面用于接收多個(gè)聲發(fā)射換能器(也稱傳感器)分別輸出的疲勞損傷狀態(tài)的傳感信息Sn，第二方面對接收到的多路傳感信息Sn進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，提取出每種損傷狀態(tài)下的發(fā)射信號幅值.(^^;4^,4nJ或者聲發(fā)射平均頻率:(mm2max，」Fmax)的聲發(fā)射波形信息f。(T)，第三方面將聲發(fā)射波形信息f。(T)輸出給疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元2。所述的聲發(fā)射波形信息f。(T)中包含有聲發(fā)射信號波形中的幅值、頻率、相位等諸多信息，聲發(fā)射波形信息的具體形式如圖3所示。圖中所示為每0.0000005秒記錄一個(gè)傳感器輸出的電壓數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后繪成這個(gè)波形圖。對于多路傳感器接到的聲音振動轉(zhuǎn)化為電壓信號，不能定量的看出不同的振動聲源有什么區(qū)別，因此本發(fā)明采用雙譜分析法來對信號源進(jìn)行量化表征。在原始波形信號提取單元1對多路傳感信息Sn進(jìn)行提取獲得每種疲勞損傷狀態(tài)下的聲發(fā)射波形信息f。(T)所依據(jù)的關(guān)系為j￡(AnU#￡('應(yīng)2應(yīng),^^J，式中，A表示傳感信息Sn的聲發(fā)射幅值參數(shù)，A^表示傳感信息Sn的聲發(fā)射幅值參數(shù)中的最小值，A^表示傳感信息Sn的聲發(fā)射幅值參數(shù)中的最大值，AF表示傳感信息Sn的聲發(fā)射能量參數(shù)，AF^表示傳感信息Sn的聲發(fā)射能量參數(shù)中的最小值，AFMX表示傳感信息Sn的聲發(fā)射能量參數(shù)中的最大值。(二)疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元2在本發(fā)明中，疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元2由雙譜估計(jì)模塊21、雙譜對角切片模塊22和疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊23組成；其中，疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊23由疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊23A、疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)計(jì)算模塊23B和疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)分析模塊23C組成。雙譜估計(jì)模塊21采用雙譜分析法對接收到的聲發(fā)射波形信息f。(T)進(jìn)行處理得到雙譜估計(jì)B("p"2);雙譜估計(jì)B("p"2)是二維函數(shù)，具有對稱性質(zhì)，可采用雙譜的某種一維分量(雙譜切片)來分析信號的某些特性。雙譜估計(jì)B("p"2)中c^表示雙譜切片上X軸上的頻率，"2表示雙譜切片上Y軸上的頻率。雙譜對角切片模塊22對接收到的雙譜估計(jì)B("p"2)進(jìn)行對角切片分析得到雙譜對角切片信息"(F);該雙譜對角切片信息"(F)采用坐標(biāo)表示為如圖4所示，坐標(biāo)縱軸是歸一化雙譜值co，橫軸是頻率F，單位(kHz)。從圖4中可以看出數(shù)學(xué)化的雙譜變換轉(zhuǎn)化為頻域，能夠定量分析出不同位置傳感器采集到的聲發(fā)射振動源的區(qū)別。疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊23A接受到對角切片信息"(F)后，并根據(jù)"(F)分析出疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻F。，方法如下取co(F)中第一個(gè)歸一化雙譜值=1的峰值頻率作為疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻F。的取值，單位kHz。疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)計(jì)算模塊23B接受到對角切片信息co(F)后，并根據(jù)co(F)計(jì)算出疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)F，計(jì)算方法如下取所有峰值頻率中歸一化雙譜值最大的前四個(gè)峰值頻率，分別計(jì)為&，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，則疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)■14/i」'，無量綱。疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)分析模塊23C接受到對角切片信息co(F)后，并根據(jù)"(F)計(jì)算出疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)Fm，方法如下取所有峰值頻率中歸一化雙譜值最大的前四個(gè)峰值頻率，分別計(jì)為巳，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，則疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)溯'IOO欣由疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻F。、疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)F和疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)Fm共同構(gòu)成了反映16Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)的疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，戸，F(xiàn)J，然后將疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，戸，F(xiàn)m]傳遞給疲勞損傷等級評定單元3。(三)疲勞損傷等級評定單元3在本發(fā)明中，疲勞損傷等級評定單元3根據(jù)接收到的疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，戸，F(xiàn)m]，并對其做出評定根據(jù)疲勞損傷狀態(tài)的危害程度大小不同將疲勞損傷狀態(tài)分為數(shù)個(gè)等級，當(dāng)疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，戸，F(xiàn)J中F。=FpF=&和Fm=Fmi時(shí)，則評定為疲勞損傷等級C(P)=i。其中，C(P)為疲勞損傷等級信息，i為疲勞損傷等級，即該疲勞損傷狀態(tài)的疲勞損傷等級為第i級是第i級疲勞損傷的特定疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻，即疲勞損傷等級C(P)=i時(shí)，有F。二FiA是第i級疲勞損傷的特定疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)，即疲勞損傷等級C(P)=i時(shí)，有F=&;Fmi是第i級疲勞損傷的特定疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)，即疲勞損傷等級C(P)=i時(shí)，有Fm=Fmi。當(dāng)疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，戸，F(xiàn)m]無法滿足上述等級評定條件時(shí)，做為野值剔除。該疲勞損傷等級信息C(P)作為預(yù)警信息來啟動預(yù)警單元4進(jìn)行預(yù)警。16Mn鋼承力件不同疲勞損傷狀態(tài)的疲勞損傷等級劃分標(biāo)準(zhǔn)示例可參見表1所示，該表1中的所有信息存儲在聲發(fā)射儀的處理器中。表1疲勞損傷等級劃分標(biāo)準(zhǔn)示例第/級疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻^180±10120±15120±15第/級疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)^1.8~2,22.3~2.71.42.0野值剔除第/級疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)/^2.1~2.63.2~4.02.6~3.0疲勞損傷狀態(tài)噪音疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展疲勞損傷等級z'123(四)預(yù)警單元4該預(yù)警單元4采用如喇叭、擴(kuò)音器等形式的提示音報(bào)警輸出,在本發(fā)明中，預(yù)警單元4接收到報(bào)警啟動信號后，觸發(fā)啟動開關(guān)輸出提示音。該提示音可以是如喇叭、擴(kuò)音器等發(fā)出的如音樂聲等。實(shí)施例1:對40噸軌道式起重機(jī)的承力件進(jìn)行疲勞加載的聲發(fā)射檢測。承力件懸臂有效伸度5000mm，檢測長度3000mm。承力件所用的16Mn鋼成分為表216Mn鋼成分含量成分cMnSiPS質(zhì)量百分比含量(％)0.161.420.310.0220.0330.10檢測用設(shè)備有(A)6個(gè)R15型聲發(fā)射傳感器，響應(yīng)頻率100400kHz，中心頻率150kHz。(B)聲發(fā)射儀為美國PAC公司全數(shù)字式16通道DiSP聲發(fā)射系統(tǒng)。聲發(fā)射儀檢測時(shí)的門檻值30dB，聲發(fā)射峰值定義時(shí)間PDT為300iis，聲發(fā)射撞擊限定時(shí)間HDT為600ys，聲發(fā)射撞擊閉鎖時(shí)間HLT為1000iis。在16Mn鋼承力件的承受疲勞載荷過程中，首先對聲發(fā)射波形信息進(jìn)行收集，并通過本發(fā)明對疲勞損傷狀態(tài)作出評價(jià)。隨機(jī)抽取的部分16Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)定量評估結(jié)果見表3。表3部分16Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)定量評估結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表3中的評估結(jié)果可以看出所選聲發(fā)射波形信息的疲勞損傷狀態(tài)矩陣中，疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻為120kHz左右，疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)在2.32.6之間，并且疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)在3.24.0之間，因此均屬于疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展損傷狀態(tài)，疲勞損傷等級為2。說明40噸軌道式起重機(jī)的承力件存在疲勞裂紋，雖然疲勞損傷程度還較小，但仍需要起重機(jī)的操作者重視和進(jìn)行不定期的檢查。本發(fā)明建立了基于雙譜分析對16Mn鋼承力件進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)定量評估的系統(tǒng)，通過聲發(fā)射技術(shù)對在役16Mn鋼承力件進(jìn)行監(jiān)測，得到聲發(fā)射信號表示的疲勞損傷狀態(tài)信息，并采用雙譜分析方法對其疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行定量評估，并評定疲勞損傷等級。應(yīng)用本發(fā)明能夠?qū)?6Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行直觀、定量、實(shí)時(shí)的評估判斷，從而做出預(yù)警，減少裝備及人員傷亡等損失。權(quán)利要求一種基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由原始波形信號提取單元(1)、疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元(2)、疲勞損傷等級評定單元(3)和預(yù)警單元(4)組成；其中，疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元(2)由雙譜估計(jì)模塊(21)、雙譜對角切片模塊(22)和疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊(23)組成；所述的疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析模塊(23)由疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊(23A)、疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)計(jì)算模塊(23B)和疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)分析模塊(23C)組成；原始波形信號提取單元(1)對接收的多路傳感信息Sn進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出聲發(fā)射波形信息f0(T)；雙譜估計(jì)模塊(21)采用雙譜分析法對聲發(fā)射波形信息f0(T)進(jìn)行處理得到雙譜估計(jì)B(ω1，ω2)，然后雙譜對角切片模塊(22)對雙譜估計(jì)B(ω1，ω2)進(jìn)行對角切片分析得到雙譜對角切片信息ω(F)，最后疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊(23A)對角切片信息ω(F)進(jìn)行處理輸出疲勞損傷狀態(tài)矩陣P＝[F0，F(xiàn)，F(xiàn)m]給疲勞損傷等級評定單元(3)進(jìn)行疲勞損傷狀態(tài)評定；預(yù)警單元(4)接收到報(bào)警啟動信號后，觸發(fā)啟動開關(guān)輸出提示音。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于原始波形信號提取單元(1)第一方面用于接收多個(gè)聲發(fā)射換能器輸出的傳感信息Sn，第二方面對接收到的多路傳感信息Sn進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，提取出每種損傷狀態(tài)下的發(fā)射信號幅值(^1^，A^)或者聲發(fā)射平均頻率(《;《ax，^i^M)的聲發(fā)射波形信息f。(T)，第三方面將聲發(fā)射波形信息f。(T)輸出給疲勞損傷狀態(tài)矩陣分析單元(2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于雙譜估計(jì)模塊(21)采用雙譜分析法對接收到的聲發(fā)射波形信息f。(T)進(jìn)行處理得到雙譜估計(jì)B(c^，"2);雙譜對角切片模塊(22)對接收到的雙譜估計(jì)B("p"2)進(jìn)行對角切片分析得到雙譜對角切片信息"(F);疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊(23A)接受到對角切片信息"(F)后，并根據(jù)"(F)分析出疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻F。，方法如下取co(F)中第一個(gè)歸一化雙譜值=1的峰值頻率作為疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻F。的取值，單位kHz;疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)計(jì)算模塊(23B)接受到對角切片信息"(F)后，并根據(jù)co(F)計(jì)算出疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)戸，計(jì)算方法如下取所有峰值頻率中歸一化雙譜值最大的前四個(gè)峰值頻率，分別計(jì)為巳，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，則疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>，無量綱；疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)分析模塊(23C)接受到對角切片信息"(F)后，并根據(jù)co(F)計(jì)算出疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)Fm，方法如下取所有峰值頻率中歸一化雙譜值最大的前四個(gè)峰值頻率，分別計(jì)為巳，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，則疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>由疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻F。、疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)F和疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)Fm共同構(gòu)成了反映16Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)的疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，F(xiàn)，F(xiàn)m]，然后將疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，戸，F(xiàn)J傳遞給疲勞損傷等級評定單元(3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于疲勞損傷等級評定單元(3)根據(jù)接收到的疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，F(xiàn)，F(xiàn)m]，應(yīng)用疲勞損傷等級C(P)=i和等級評定條件F。=Fi、F=Fi和Fm=Fmi進(jìn)行評定在役16錳鋼承力件的疲勞損傷狀態(tài)的危害程度大?。黄渲?，C(P)為疲勞損傷等級信息，i為疲勞損傷等級，即該疲勞損傷狀態(tài)的疲勞損傷等級為第i級；&是第i級疲勞損傷的特定疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻，即疲勞損傷等級C(P)=i時(shí)，有F0=&;&是第i級疲勞損傷的特定疲勞損傷狀態(tài)平均峰頻指數(shù)，即疲勞損傷等級C(P)=i時(shí)，有戸=&;Fmi是第i級疲勞損傷的特定疲勞損傷狀態(tài)最大峰頻指數(shù)，即疲勞損傷等級C(P)=i時(shí)，有Fm二Fmi;___當(dāng)疲勞損傷狀態(tài)矩陣P=[F。，F(xiàn)，F(xiàn)m]不滿足所述等級評定條件F。=Fi、F=&和Fm=Fmi時(shí)，做為野值剔除；該疲勞損傷等級信息C(P)作為預(yù)警信息來啟動預(yù)警單元(4)進(jìn)行預(yù)警。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于所述的聲發(fā)射波形信息f。(T)中包含有聲發(fā)射信號波形中的幅值、頻率、相位等諸多信息。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于在原始波形信號提取單元(1)對多路傳感信息Sn進(jìn)行提取獲得每種疲勞損傷狀態(tài)下的聲發(fā)射波形信息f。(T)所依據(jù)的關(guān)系為^e(4nm:4n狀，4狀)UjFe,min;《，D，式中，A表示傳感信息&的聲發(fā)射幅值參數(shù)，A^表示傳感信息Sn的聲發(fā)射幅值參數(shù)中的最小值，A^表示傳感信息Sn的聲發(fā)射幅值參數(shù)中的最大值，AF表示傳感信息Sn的聲發(fā)射能量參數(shù)，AF^表示傳感信息Sn的聲發(fā)射能量參數(shù)中的最小值，AFMX表示傳感信息Sn的聲發(fā)射能量參數(shù)中的最大值。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，其特征在于雙譜估計(jì)B("p"2)是二維函數(shù)，具有對稱性質(zhì)，可采用雙譜的雙譜切片來分析信號的某些特性；雙譜估計(jì)B(c^，"2)中c^表示雙譜切片上X軸上的頻率，"2表示雙譜切片上Y軸上的頻率。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于雙譜分析的在役16錳鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)表征與定量評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)的原始波形信號提取單元(1)對多路傳感信息Sn進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出聲發(fā)射波形信息f0(T)；雙譜估計(jì)模塊(21)采用雙譜分析法對聲發(fā)射波形信息f0(T)進(jìn)行處理得到雙譜估計(jì)B(ω1，ω2)，然后雙譜對角切片模塊(22)對雙譜估計(jì)B(ω1，ω2)進(jìn)行對角切片分析得到雙譜對角切片信息ω(F)，最后疲勞損傷狀態(tài)特征峰頻分析模塊(23A)對角切片信息ω(F)進(jìn)行處理輸出疲勞損傷狀態(tài)矩陣P＝[F0，F(xiàn)，F(xiàn)m]給疲勞損傷等級評定單元(3)和預(yù)警單元(4)進(jìn)行評定和報(bào)警。本發(fā)明通過聲發(fā)射技術(shù)對在役16Mn鋼承力件進(jìn)行監(jiān)測，得到聲發(fā)射信號表示的疲勞損傷狀態(tài)信息，并采用雙譜分析方法對其疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行定量評估，并評定疲勞損傷等級。應(yīng)用本發(fā)明能夠?qū)?6Mn鋼承力件疲勞損傷狀態(tài)進(jìn)行直觀、定量、實(shí)時(shí)的評估判斷，從而做出預(yù)警，減少裝備及人員傷亡等損失。文檔編號G01N29/14GK101776644SQ200910243168公開日2010年7月14日申請日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者王宏偉,鐘群鵬,韓志遠(yuǎn),駱紅云申請人:北京航空航天大學(xué)