本发明属于机械结构故障诊断技术领域，涉及一种传动轴损伤检测方法及检测装置。
背景技术：
目前，随着国家经济的飞速发展，社会对机械装备的需求日益扩大。作为机械装备关键核心部件传动轴，其损伤问题导致的安全事故时有发生。究其原因，机械装备中传动轴普遍缺乏必要的损伤快速检测方法与装置是主要原因之一。就机械装备而言，由于工作条件恶劣，致使传动轴承受很大的冲击负荷与随机激励，极易出现由疲劳破坏引起的损伤故障。若能及时准确识别传动轴损伤程度，必将能够为传动轴智能维修提供技术支持，提高机械装备整体运行安全性和可靠性，避免恶性事故。
近30年来，基于结构振动信息的主轴、梁板等结构裂纹识别技术已经引起了工程结构裂纹识别领域研究者的广泛关注，包括无模型(英文Non Model-Based)的方法和有模型(英文Model-Based)的方法两大类。基于模型的方法是新近发展起来的一种具有诱人应用前景的方法，如：基于小波有限元模型，结合经验模态分析和频率等高线的转轴裂纹定量识别方法。该方法通过正、反问题相结合，可定量识别出主轴结构裂纹存在位置和程度，并在实验室研究中取得了较好的效果。然而，针对工作条件恶劣、环境振动噪声大、并且运行中的机械装备传动轴损伤快速检测装置，目前由于缺乏适用的方法而未见报道。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种传动轴损伤检测方法及检测装置。
本发明的技术方案是：一种传动轴损伤检测方法，包含以下步骤：
1)利用随机减量增强经验模式分解方法，分别提取传感器Pm测量得到的四路振动信号的第一阶平均本征模式分量d1(t)的随机减量信号d1(τ)，并通过快速傅里叶变换(FFT)，得到损伤传动轴五阶固有频率然后对四组频率取平均，得到损伤传动轴五阶平均固有频率其中m＝1、2、3、4；
2)构建损伤诊断数据库：其中Fj为相对损伤程度α和相对损伤位置β的函数表达式，H为转轴损伤发生程度，L为转轴长度，D为转轴直径，α＝H/D，β＝L1/L，并以步骤1)中获得的损伤传动轴五阶平均固有频率为输入，构建粒子群方法优化模型：为有限元模型计算得到的损伤结构前五阶固有频率；
3)利用α＝H/D，从损伤诊断数据库中定量诊断出传动轴损伤相对损伤程度α和相对损伤位置β，并通过α＝H/D和β＝L1/L得到损伤位置和发生程度的实际尺寸。
所述随机减量增强经验模式分解方法的步骤如下：
a、添加噪声水平为Nl的白噪声ni(t)(i＝1,2,…,q)至原始信号序列x(t)，第一阶本征模式分量由获得，其中q表示平均次数，为第一阶残余分量；
b、以不同的白噪声ni(t)通过重复分解q次，并对其取平均：
其中，d1(t)表示第一阶平均本征模式分量：
r1(t)为第一阶平均残余分量：
c、基于随机减量原理，将第一阶平均本征模式分量d1(t)划分为数据长度为τ的L个数据段，L取决于触发常值xs确定的初始点数量xi(ti)＝xs(i＝1,2,…,L)，并获得第一阶平均本征模式分量d1(t)的随机减量信号d1(τ)：
一种基于上述传动轴损伤检测方法的检测装置，其包括沿传动轴设置的四个传感器，所述传感器为两组，任意一组的传感器垂直传动轴设置，所述传感器的输出端分别与A/D转换放大电路连接，所述A/D转换放大电路分别与基于上述传动轴损伤检测方法的控制器连接，该控制器与显示装置连接，并输出检测结果。
所述传感器为涡流位移传感器。
所述控制器还与存储装置连接。
本发明能克服传动轴检测环境噪声的影响，适合于传动轴实际运行条件；不需人为参与能够自动识诊断出传动轴损伤引起的频率变化，并能自动地诊断出传动轴损伤位置和严重程度。
附图说明
图1为本发明的四路涡流位移传感器非接触测量位置布置示意图。
图2为本发明的检测方法的流程示意图。
图3为本发明的检测装置的原理示意图。
图4a和图4b为本发明的的检测装置的诊断界面。
具体实施方式
下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：
如图1所示，本发明采用技术方案包括先用涡流位移传感器非接触测量传动轴四路振动信号，进而提出随机减量增强经验模式分解方法提取四路信号的随机减量信号，通过快速傅里叶变换，得到损伤传动轴五阶固有频率，然后取平均，最终获得损伤传动轴频率，作为基于有限元模型的损伤诊断数据库的输入，最后利用粒子群方法定量诊断出传动轴损伤。基于本发明检测方法，采用DSP开发板，构建四通道传动轴检测装置。
如图2所示，该传动轴损伤检测方法，包含以下步骤：
1)利用随机减量增强经验模式分解方法，分别提取传感器Pm测量得到的四路振动信号的第一阶平均本征模式分量d1(t)的随机减量信号d1(τ)，并通过快速傅里叶变换(FFT)，得到损伤传动轴五阶固有频率然后对四组频率取平均，得到损伤传动轴五阶平均固有频率其中m＝1、2、3、4；
提取四路振动信号的五阶固有频率并取平均，得到损伤传动轴五阶固有频率，作为基于有限元模型的损伤诊断数据库的输入，最后利用粒子群方法定量诊断出传动轴损伤。具体实施流程：
该随机减量增强经验模式分解方法步骤如下：
首先，添加噪声水平为Nl的白噪声ni(t)(i＝1,2,…,q)至原始信号序列x(t)，第一阶本征模式分量可由下式获得：
式(1)中q表示平均次数，为第一阶残余分量。
其实，以不同的白噪声ni(t)重复利用式(1)分解q次，并取平均，则有：
式(2)中，d1(t)表示第一阶平均本征模式分量，定义为：
r1(t)为第一阶平均残余分量，定义为：
再次，基于随机减量原理，将第一阶平均本征模式分量d1(t)划分为数据长度为τ的L个数据段，L的确定取决于触发常值xs确定的初始点数量xi(ti)＝xs(i＝1,2,…,L)。因此，可得第一阶平均本征模式分量d1(t)的随机减量信号d1(τ)：
2)利用文献(何正嘉,陈雪峰,李兵,向家伟.小波有限元理论及其工程应用[M].北京:科学出版社,2006.)中基于有限元模型的损伤诊断数据库构建方法，构建损伤诊断数据库：
式(6)中，为有限元模型计算得到的损伤结构前五阶固有频率，Fj为相对损伤程度α和相对损伤位置β的函数表达式。如图1所示，转轴损伤发生程度为H，转轴长度为L，转轴直接为D，则有：
α＝H/D (7)
和
β＝L1/L (8)
以提取得到的损伤传动轴五阶平均固有频率为输入，构建粒子群方法优化模型：
利用式(7)，从式(6)所表示的基于有限元模型的损伤诊断数据库中定量诊断出传动轴损伤相对损伤程度α和相对损伤位置β，最终利用式(7)和式(8)求出损伤位置和发生程度的实际尺寸。
如图3所示，本发明还提出了一种基于上述传动轴损伤检测方法的检测装置，其包括沿传动轴设置的四个传感器，所述传感器为两组，任意一组的传感器垂直传动轴设置，所述传感器的输出端分别与A/D转换放大电路连接，所述A/D转换放大电路分别与基于上述传动轴损伤检测方法的控制器连接，该控制器与显示装置连接，并输出检测结果。图4为两个检测结果的检测界面的示意图，从中可以知道图4a为损伤位置340mm，程度10mm时的示意图，图4b为损伤位置170mm，程度4mm时的示意图。
所述传感器为涡流位移传感器，并沿传动轴轴向设置，即沿着图1中X轴方向设置，并分成两组，每一组包括两个传感器，该传感器呈垂直设置，即任意一组的两个传感器的夹角为90°，用于采集传动轴的原始数据。
所述控制器还与存储装置连接，可以将坚持数据通过存储装置进行存储，也可以与设定的数值进行比较，同时也能调用查看以往的检测数据。
其上还可以设置液晶显示屏，用于直接观察数据。
实施例不应视为对发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。