基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法技术

本发明专利技术公开了基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法，本发明专利技术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。并简化了测试过程。并简化了测试过程。

【技术实现步骤摘要】
基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法


[0001]本专利技术涉及连接结构预紧状态辨识
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0006]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：
[0007]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；
[0008]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
]；
[0009]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
]；
[0010]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
]；
[0011]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]；
[0012]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
[0013][0014]式中，ε表示相似性表征指标置信因子，取值范围为(0～1)；
[0015]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。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术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。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施步骤流程图。
[0019]图2为楔形环敲击声信号时域图。
[0020]图3为第1、5、10声信号时频图，图中，A为第1声信号时频图；B为第5声信号时频图；C为第10声信号时频图。
[0021]图4为不同时频图二值化分割阈值。
[0022]图5为第1、5、10声信号二值化时频图，图中，A为第1声信号二值化时频图；B为第5声信号二值化时频图；C为第10声信号二值化时频图。
[0023]图6为二值化时频图余弦距离。
[0024]图7为声信号相似性指标。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0026]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0030]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连
接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0031]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。
[0032]如图1所示，本专利技术基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法，包括：
[0033]S1：在楔形环连接结构附近安装声信号传感器，通过数据采集设备实时连续测试楔形环敲击预紧过程中的声信号，并将其分离成多个单独的脉冲响应信号，采用频率为2000Hz，单个信号长度为1s，本例中脉冲响应信号数量为10，其声信号时域图如图2。
[0034]S2：对图2中声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，如图3所示(图3列举了第1、5、10次声信号的时频图)。
[0035]S3：利用大津法(OTSU)计算10次时频图的最佳二值化分割阈值，不同时频图的二值化分割阈值如图4所示。
[0036]S4：基于步骤3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，如图5所示(图5列举了第1、5、10次声信号的二值化时频图)；
[0037]S5：计算相邻二值化时频图间的余弦距离，如图6所示；
[0038]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于声信号的楔形环连接结构预紧状态辨识方法，其特征在于，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[x1,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
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王九龙，李树勇，文勇，盛俊杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：