[发明专利]基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置及方法

权利要求书

1.基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测装置，包括第一声波传感器、第二声波传感器、安装支架、前置放大器、转换板、数据采集卡、工控机；其中声发射传感器模块包括第一声波传感器和第二声波传感器及安装支架,其中第二声波传感器为贴片式声波传感器；信号采集模块包括前置放大器和转换板及数据采集卡；信号分析模块及人机界面模块均集成于工控机内；

其特征在于：所述的第一声波传感器通过安装支架固定在金属带锯床导向装置上，所述的导向轮的轴固定在金属带锯床导向装置上，导向轮与带锯条紧密贴合，且导向轮的轮轴方向与带锯条的运动方向垂直，所述的声波传感器固定于导向轮的轴上；

第一声波传感器和第二声波传感器的信号输出端口与前置放大器的模拟量输入端口连接，前置放大器以单端连接的信号转换模式连接到转换板的模拟量输入端口，转换板通过外接电缆传输至数据采集卡，数据采集卡通过PCI接口传输至工控机；

当带锯锯切时，带锯条与工件相互作用产生声发射信号，通过第一声波传感器采集空气中传播的声发射信号，通过第二声波传感器采集金属中传播的声发射信号，声发射信号经声波传感器转换为电信号；声波传感器输出的电信号传送至前置放大器的模拟量输入端口，经前置放大器放大后的电信号转换板的模拟量输入端口；输入转换板的模拟信号通过外接电缆传输至采集卡，采集卡先进行通道扫描及增益运算处理，来优化模拟信号转换效率及精度，然后对模拟信号进行高速A/D转换；

经过信号采集模块采集、转换及运算后，数字信号通过PCI接口，传输至工控机内等待基于数字信号滤波，采样，小波分析等数字信号处理；经过多次数字处理后的特征信号，在基于势能函数分类模型分析识别后，由人机界面显示带锯锯切负载特性及负载变化。

2.基于金属带锯条声发射特性的锯切负载检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在带锯工作运行时，所述的声波传感器检测带锯切声发射信号，输出模拟量信号值ai(t)；所述的模拟量信号值ai(t)经由所述的信号采集模块进行信号放大、AD转换，其中所述的信号采集模块配有自动通道/增益扫描电路及稳压滤波电路，对所述的信号值ai(t)进行前置预处理；

经所述的信号采集模块后，输出数字信号值x(t)至信号分析模块；所述的信号分析模块集成了小波分析方法，相应的离散小波变换为                                                ,其中ψ_j,k(t)为小波函数，，a₀>0是常数，j,k∈Z,经ψ_j,k(t)作用的小波变换实际上把信号x(t)的频带范围限制在[ω^*-Δω, ω^*+Δω]子频带内，小波变换结果是这个频带内的时域分量，其中ω^*----为中心频率，Δω为1/2频带宽，通过离散小波变换，可以使计算机分析信号在特定的时、频窗范围内的能量特征；

经过信号分析模块中的小波分析后的声发射信号，可提取声发射能量特征向量，再利用信号分析模块的势能函数分类模型，可对锯切负载进行智能识别；声发射信号的锯切负载识别采用势能函数分类模型，将能量特征矢量表示成[X_k],其中k=1,2,…N，任意一个能量特征矢量的势能函数表示成，其中为不为0的实数，(X)为归一化正交函数，利用赫尔密特正交函数来构造(X)，(X)的递推公式为H_k+1(X)-2XH_k(X) +2KH_k-1(X)=0；将反复实验下不同介质中不同负载的锯切声波能量特征集合作为势能函数分类模型训练样本集（X₁, X₂,…, X_k），每一锯切声波特征矢量产生相应的势能函数K_i（X），得到K_k+1(X)与 K_k (X)的迭代关系K_k+1(X)= K_k (X)+ γ_k+1 K (X, X _k-1)，经过训练而确定的势能函数就是判别函数d _k+1(X)= d _k (X) + γ_k+1 K (X, X _k-1)，所有判别函数构成锯切负载识别模型；在势能函数分类模型训练完成后，用势能函数分类模型识别检验样本与实际锯切负载三向力进行比较来检验模型的准确性；

所述的声发射信号经过势能函数分类模型智能识别，最终通过人机接口传送至人机界面模块，人机界面模块将经过势能函数分类模型智能识别后的声发射信号转换成实际锯切负载值并显示在人机界面上。