[发明专利]一种基于EMD能量熵与支持向量机相结合的螺栓预紧力监测方法

说明书

本发明属于超声导波检测技术领域，提供了一种基于EMD能量熵与支持向量机相结合的螺栓预紧力监测方法。在高端装备装配过程中，螺栓预紧力的有效检测直接关系到装备的正常工作性能和指标。针对超声导波检测呈现明显的非线性特征，单一的信号分析方法难以实现信息的有效提取以及准确的状态监测，提出了一种将EMD能量熵与支持向量机相结合的螺栓预紧力监测方法。考虑到探头的可变动性，利用经验模态分解方法将信号分解成多个频带的本征模态分量，将主要IMF分量的能量熵作为SVM的特征向量，用于辨识探头位置状态。再利用接收波形能量作为SVR的特征，用于预测对应状态下的螺栓预紧力。

技术领域

本发明涉及一种螺栓预紧力的超声导波检测方法，具体涉及一种将EMD能量熵与支持向量机相结合的螺栓预紧力监测方法，属于超声导波检测技术领域。

背景技术

螺栓连接结构被广泛用于机械、化工、交通等行业的各类设备中，一方面螺栓连接是可拆卸部件，另一方面也传递着部件之间的作用力。连接的预紧力大小是否合理直接关系到整个设备或结构工作的可靠性和安全性，所以螺栓预紧力检测是设备高可靠性、降低维修率的关键技术。

在螺栓预紧力检测技术中，以超声波为基础的检测方法，可以分为以下几个方向，一是采用TOF检测法，在测试中采用安装于螺栓头部的超声探头，测量超声脉冲在螺栓内的反射传播时间，利用超声波对螺栓预紧力进行测量，但是该种方法其耦合层厚度不可控，重复性差；二是结构动态检测法，在轴向正弦载荷作用下单个螺栓的响应情况，进行不同预紧状态的试验，观察随着振动量级与振动频率的变化情况，但是其灵敏度低，模态测试精度不高；三是压电阻抗检测法，将压电材料固定在航空器的表面，采用高频激励对航空器的相关位置进行健康检测。该压电阻抗技术对支撑条件和远场损伤不敏感，而对结构的局部小损伤很敏感，但是其设备过于庞大，成本较高。由于这些方式各有利弊，因而实用性和有效性受到限制。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于EMD能量熵与支持向量机相结合的螺栓预紧力监测方法，以解决针对现有的螺栓预紧力监测方法的实用性和有效性受到限制，单一的信号分析方法难以实现信息的有效提取以及准确的状态监测，自适应性弱，检测过程繁琐的问题。

本发明的技术方案：

一种基于EMD能量熵与支持向量机相结合的螺栓预紧力监测方法，所述方法是按以下步骤实现的：

步骤一：以单螺栓悬臂梁为研究对象，左端为固定端，右端为自由端，接收超声波斜探头7固定在下悬臂梁6上，发射超声波斜探头2放置在上悬臂梁3上；上悬臂梁3和下悬臂梁6通过螺栓8和螺母5配合连接，螺母5与下悬臂梁6之间设置压力传感器4；接收超声波斜探头7与超声发射接收器9连通，超声发射接收器9与发射超声波斜探头2连通；超声发射接收器9进一步与示波器10连接，示波器10与PC端1进行数据交互；

调整接收超声波斜探头7和发射超声波斜探头2的入射角度为36°，使用一发一收的工作方式，选择激励频率为2.5MHz的脉冲信号进行激励；并将结果传输到PC端1，作为预紧力检测用信号，记为x(t)；

超声发射接收器9根据接收超声波斜探头7和发射超声波斜探头2的阻抗值调整信噪比为+15dB，示波器10采集超声发射接收器9的信号，并将结果传输到PC端1，作为预紧力检测用信号，记为x(t)；其中压力传感器4位于下悬臂梁6的下方，实现预紧力的采集；

步骤二：利用EMD方法对步骤一中得到的预紧力检测用信号x(t)进行分解，获得各次IMF分量以及残差分量RES；