[发明专利]基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法

说明书

本发明公开了基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法，本发明利用时频分析方法和图像处理技术提取不同预紧状态楔形环声信号的敏感特征指标，并建立相似性指标和判定阈值定量评估楔形环连接结构预紧状态，实现楔形环连接结构预紧状态非接触式无损辨识；避免采用接触式检测需要安装复杂传感设备，以及需要一定的传感器安装条件和空间的情况，降低了预紧状态检测成本，并简化了测试过程。

技术领域

本发明涉及连接结构预紧状态辨识技术领域，尤其涉及基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法。

背景技术

楔形环连接结构是一种特殊的过盈连接形式，由于其连接简单且可靠、同时兼具节省空间及减重的优势，主要应用于鱼雷、航天飞行器以及水下航行器的壳体连接，可保持壳体外型面整体圆滑连续。由于楔形环连接结构特殊形式，不同于传统的螺栓螺钉连接结构可直接通过拧紧力矩定量确定预紧状态，但是对于楔形环连接结构往往无法通过直接测量预紧力，在实际工程应用中，为简化连接预紧判据同时兼顾可靠性，其初始预紧力一般通过两条环带的大端间隙来间接保证，同时，有经验的操作人员可通过打带过程中产生的敲击声辅助判断。

对于楔形环这一类缺乏直接测量手段，无法定量认识初始预紧状态的连接结构，有必要建立相应的评价指标来定量判断。现有的连接结构状态监测方法多是接触式检测，需要通过粘接、或对基体进行补加工等方式使传感器安装在连接结构附近，该方式受安装形式和传感器布置限制，对于一些复杂装备结构，不具备传感器安装条件和空间，亟需一种非接触式无损检测手段来解决此类问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法，包括以下步骤：

S1、在楔形环连接结构装配过程中，通过声传感器实时监测敲击响应信号，获取其从松到紧过程中的声音响应变化规律，记其声音信号分别为[x_1,x₂…x_N]，N代表其总敲击次数；

S2、对声音响应信号作短时傅里叶变换，获取不同预紧状态声信号的时频图，记作[STFT₁,STFT₂…STFT_N]；

S3、利用OTSU算法计算步骤S2中不同时频图的最佳二值化分割阈值，记作[TS₁,TS₂…TS_N]；

S4、基于步骤S3中获取的最佳分割阈值，对不同声信号时频图进行二值化处理，获取二值化时频图，记作[TF₁,TF₂…TF_N]；

S5、计算相邻二值化时频图间的余弦距离，记作[cos_1,cos₂…cos_N-1]；

S6、利用步骤S5获取相邻二值化时频图余弦距离，计算相邻声信号的相似性表征指标，其表达式如下

式中，ε表示相似性表征指标置信因子，取值范围为(0～1)；

S7、设定预紧状态判据阈值σ，当相似性指标SM大于σ，则表示楔形环结构已满足预紧要求。

本发明的有益效果在于：

本发明利用时频分析方法和图像处理技术提取不同预紧状态楔形环声信号的敏感特征指标，并建立相似性指标和判定阈值定量评估楔形环连接结构预紧状态，实现楔形环连接结构预紧状态非接触式无损辨识；避免采用接触式检测需要安装复杂传感设备，以及需要一定的传感器安装条件和空间的情况，节约了预紧状态检测成本和繁杂性。