專利名稱：基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法
技術領域：
本發明屬于航天器結構故障診斷領域，具體涉及一種基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法。
背景技術：
航天器在研制或發射過程中都要經受振動環境的考驗，振動環境可能導致航天器結構的松動或斷裂等結構故障，結構故障采用故障診斷方法進行分析判斷。故障診斷是一個以傳感技術和動態測試技術為基礎，以信號處理為技術手段的常規診斷技術，從技術手段上看，可以利用振動、噪聲、力等多種信號實施診斷，基于聲譜的結構故障診斷屬于聲學診斷技術。國外在聲學診斷技術方面發展的比較早，日本NSK公司研制的基于聲音信號的·AcousNavi軸承故障診斷系是聲學診斷技術方面的一個較成功的實例，它集信號采集、信號預處理及分析、故障診斷功能與一體，特別是給出了故障診斷結果的報表，是故障診斷人員有力的輔助工具，但因其采用經典的頻譜分析方法分析非平穩的聲音信號，分析結果不是很理想。美國曾組建了一套升學分析診斷系統，主要用于診斷軍用發動機及其相關聯的動力系統。Volvo與Volkswagen等著名汽車廠家組成了聯合研究小組,研究車內結構噪聲的輻射問題，開發了一套可診斷裝配故障的噪聲診斷系統。國內起步相對較晚，清華大學利用噪聲頻譜分析和模式識別方法進行電力變壓器的故障診斷，基于該設備的歷史數據，形成診斷參數。清華大學還使用小波多分辨率分析原理，通過對汽車發動機噪聲信號分析，對汽車發動機失火故障進行了診斷研究。昆明理工大學對應用振動和噪聲信號診斷齒輪故障機理上進行了深入研究。然而，目前國內還沒有一種專門針對航天器振動試驗過程中的基于聲譜的結構故障模式診斷方法，為提高航天器振動試驗水平，需要研究基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，用于在航天器的地面振動試驗過程中實現航天器結構的故障診斷和故障模式識別，為提高航天器地面振動試驗水平提供支撐。為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案一種基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，包括以下步驟I)在振動臺上進行第一次低量級振動試驗，在振動試驗過程中利用多個聲傳感器組成聲傳感器陣列測量振動試驗系統的聲信號，對聲信號作傅里葉變換得到聲信號在頻域內的聲譜，并進行去除聲譜內背景噪聲的初步處理；2)在振動臺上進行高量級振動試驗，在振動試驗過程中利用多個聲傳感器組成聲傳感器陣列測量振動試驗系統的聲信號，對聲信號作傅里葉變換得到聲信號在頻域內的聲譜，并進行去除聲譜內背景噪聲的初步處理；3)在振動臺上進行第二次低量級振動試驗，在振動試驗過程中利用多個聲傳感器組成聲傳感器陣列測量振動試驗系統的聲信號，對聲信號作傅里葉變換得到聲信號在頻域內的聲譜，并進行去除背景噪聲的初步處理；4)分別對第一次和第二次低量級試驗的聲譜、第一次低量級試驗和高量級試驗的聲譜、高量級試驗和第二次低量級試驗的聲譜進行對比，根據對比結果初步判斷航天器結構是否發生故障；5)在判斷航天器結構發生故障的情況下，基于結構故障的初步判斷，對未發生和發生結構故障的聲譜數據進行特征分析，根據特征分析結果并檢索參考航天器結構故障數據庫中的案例識別結構故障模式，同時將故障模式識別結果保存到航天器結構故障數據庫中，并及時更新航天器結構故障數據庫。
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其中，上述聲傳感器陣列沿航天器四周均勻布局。其中，上述去除背景噪聲的處理是對聲信號進行濾波處理。其中，上述不同量級試驗聲譜的對比參數主要是共振頻率和共振幅值。其中，上述聲譜數據特征分析是采用小波分析、經驗模式分解法、獨立分量分析等已知數據特征分析方法對聲譜數據進行分析。本發明的結構故障模式診斷方法，實現航天器在振動試驗中的結構故障模式診斷，提高振動試驗技術水平。
圖I是本發明的基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法的步驟流程圖。
具體實施例方式以下介紹的是作為本發明所述內容的具體實施方式
，下面通過具體實施方式
對本發明的所述內容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式
只為示例本發明的不同方面的內容，而不應理解為限制本發明范圍。結合附圖I對本發明的具體實施方式
作具體說明。本發明提供的基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法按照如下步驟實施(I)設置聲傳感器陣列振動試驗開始之前，在航天器周圍布置多個聲傳感器，構成聲傳感器陣列。聲傳感器陣列一般沿航天器四周均勻布局，但根據航天器結構特征也需要優化設計，對高度較大的航天器在不同高度處分層布置傳感器，對重點關注的結構部位單獨布置聲傳感器。(2)聲信號測量與初步濾波處理振動試驗開始后，利用聲傳感器陣列測量振動試驗聲信號，按航天器標準振動試驗流程，分別測量第一次低量級試驗的聲信號、高量級試驗的聲信號和第二次低量級試驗的聲信號，對測量得到的三組聲信號進行傅里葉變換，得到聲信號在頻域內的聲譜，對聲譜進行初步的濾波處理，去除背景噪音分量。(3)聲譜信號對比與結構故障初步診斷
對比第一次和第二次低量級試驗的聲譜，當兩組聲譜的峰值頻率和聲壓值有明顯區別時，初步判斷結構發生故障；進一步對比第一次低量級試驗和高量級試驗的聲譜，當兩組聲譜的峰值頻率有明顯區別時，也初步判斷結構發生故障；再進一步對比高量級試驗和第二次低量級試驗的聲譜，當兩組聲譜的峰值頻率接近時，初步判斷高量級試驗時結構發生故障。(4)聲譜信號特征分析與故障模式診斷基于對結構發生故障的初步判斷，對第一次低量級試驗的聲譜采用小波分析、經驗模式分解法、獨立分量分析等已知數據特征分析方法進行譜特征分析，視為無故障聲譜特征分析結果，再對高量級試驗和第二次低量級試驗的聲譜采用相同數據特征分析方法進行譜特征分析，根據譜特征分析結果的特征頻率和響應幅值，綜合診斷結構故障模式，同時將譜特征分析結果與航天器聲譜故障數據庫中的故障案例進行對比，印證故障模式診斷結果。最后將此次故障模式診斷數據和診斷結果保存到航天器聲譜故障數據庫，用于新問題的檢索參考。·盡管上文對本發明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，本領域的技術人員可以依據本發明的精神對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用在未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，包括以下步驟 1)在振動臺上進行第一次低量級振動試驗，在振動試驗過程中利用多個聲傳感器組成聲傳感器陣列測量振動試驗系統的聲信號，對聲信號作傅里葉變換得到聲信號在頻域內的聲譜，并進行去除聲譜內背景噪聲的初步處理； 2)在振動臺上進行高量級振動試驗,在振動試驗過程中利用多個聲傳感器組成聲傳感器陣列測量振動試驗系統的聲信號，對聲信號作傅里葉變換得到聲信號在頻域內的聲譜，并進行去除聲譜內背景噪聲的初步處理； 3)在振動臺上進行第二次低量級振動試驗，在振動試驗過程中利用多個聲傳感器組成聲傳感器陣列測量振動試驗系統的聲信號，對聲信號作傅里葉變換得到聲信號在頻域內的聲譜，并進行去除背景噪聲的初步處理； 4)分別對第一次和第二次低量級試驗的聲譜、第一次低量級試驗和高量級試驗的聲譜、高量級試驗和第二次低量級試驗的聲譜進行對比，根據對比結果初步判斷航天器結構是否發生故障； 5)在判斷航天器結構發生故障的情況下，基于結構故障的初步判斷，對未發生和發生結構故障的聲譜數據進行特征分析，根據特征分析結果并檢索參考航天器結構故障數據庫中的案例識別結構故障模式，同時將故障模式識別結果保存到航天器結構故障數據庫中，并及時更新航天器結構故障數據庫。
2.如權利要求I所述的基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，其中，所述聲傳感器陣列沿航天器四周布局。
3.如權利要求I所述的基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，其中，所述去除背景噪聲的處理是對聲信號進行濾波處理。
4.如權利要求I所述的基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，其中，所述不同量級試驗聲譜的對比參數主要是共振頻率和共振幅值。
5.如權利要求I所述的基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，其中，所述聲譜數據特征分析是采用小波分析、經驗模式分解法、獨立分量分析等分析方法對聲譜數據進行分析。
全文摘要
本發明公開了一種基于航天器振動試驗聲譜的結構故障模式診斷方法，包括在振動臺上進行第一次低量級振動試驗和高量級振動試驗；然后再在振動臺上進行第二次低量級振動試驗；分別對第一次和第二次低量級試驗的聲譜、第一次低量級試驗和高量級試驗的聲譜、高量級試驗和第二次低量級試驗的聲譜進行對比，根據對比結果初步判斷航天器結構是否發生故障，進一步再進行聲譜數據的特征分析并與故障模式數據庫案例對比，診斷航天器故障模式。本發明的結構故障模式診斷方法，實現航天器在振動試驗中的結構故障模式診斷，提高振動試驗技術水平。
文檔編號G01M7/02GK102788671SQ201210260598
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者何玲, 馮咬齊, 馮國松, 劉明輝, 劉闖, 李新明, 楊艷靜, 樊世超, 王婉秋, 王鶴, 耿麗艷 申請人:北京衛星環境工程研究所