CN102156051A - 一种构架裂纹监测方法及其监测装置 - Google Patents

Abstract

一种构架裂纹监测方法及其监测装置，主要用于在车辆行车过程中通过检测构架因随遇冲击所激发的广义共振及该广义共振引发的裂纹之开、闭冲击，通过识别其相对关系，实现构架裂纹等严重危及安全的故障诊断。对构架进行模态分析，进而对该构架进行监测的振动冲击复合传感器的测点选择；利用测点位置获取的外部随机冲击激发构架模态的广义共振与该广义共振所激发的广义共振冲击进行识别裂纹的相对积判断；利用测点位置获取的广义共振的模态频率经过窄带滤波、量化相对积以及置信度计算等处理进行裂纹预警的判断，以及利用上述任何一种构架裂纹监测方法的监测装置，包括振动冲击复合传感器、振动冲击处理器和裂纹分析诊断计算机系统。

Description

一种构架裂纹监测方法及其监测装置

技术领域

本发明涉及一种构架裂纹监测方法及其监测装置，主要用于在车辆行车过程中通过检测构架因随遇冲击所激发的广义共振及该广义共振引发的裂纹之开、闭冲击，通过识别其相对关系，实现构架裂纹等严重危及安全的故障诊断。

背景技术

车辆构架是介于承载乘客、货物的车厢与车轮之间的主要支承部件，由于工况恶劣，几乎不可避免地要发生裂纹，进而断裂，引起严重事故。因此需要在裂纹发展到断裂之前识别裂纹，及时维修，防止故障扩展引发事故。

对于车辆的构架裂纹的现有监测方法，主要依靠维修工人“死看死守”，即频繁地在停车状况下通过肉眼观察或者利用磁探伤、涡流探伤、超声波探伤、着色检查等技术手段，以及通过定期试验时遍贴应变片进行动应力监测来识别裂纹。

磁探伤的原理是：在钢铁制造的机器表面撒铁粉，用强电磁铁的磁极(如N、S极)跨在可能裂纹的两侧，利用裂纹处必然切断磁铁的磁力线所需通过的由钢铁机器材料构成的磁路，而使得磁力线向机器表面发散，并将铁粉吸引到裂纹处以形成补充磁路的自然规律和现象，通过人眼可到的铁粉聚集处，识别隐含着的裂纹；该技术不适用于非铁磁材料的机器，例如铝合金机器、也不适于弱磁性的(如多种不锈钢)材料的机器，与操作者是否对裂纹部位作了检查及熟练程度相关，不能有效、快捷、准确地识别隐患。

涡流探伤的原理是：对平面电感线圈施加高频电流，线圈产生交变磁力线，将线圈沿着机器表面移动，磁力线耦合入机器的金属材料，在金属材料料中产生涡流，则线圈的电流增大；如果线圈移动到的材料浅层存在裂纹，则材料中涡流减小，线圈中的电流也减小，通过该电流减小来识别裂纹；该技术的缺点是不能识别更深的裂纹，还受到机器表面是否平坦、光滑以及人工操作是否得当的限制。

超声波探伤的原理是，用超声波发声探头紧贴着机器表面，通过耦合剂将短暂的超声波辐射到机器中，或者在机器的其他位置用超声波接收探头检测超声波，通过发现超声波透射能力变小来识别可能在发射与接受探头之间的机器存在的裂纹；或者通过与发射探头组合在一起的接收探头，在停止发射后接收到的、发射波的回波较之其他部位检测时提前到达而发现前方可能存在的裂纹；该方法更要求机器表面光滑以便发射、接收探头偶合，还受到小裂纹、近距离的裂纹不易发现、识别等困扰。

着色检查的原理是：对可能存在表面裂纹的机器作表面清洗，涂上带深色的渗透液，该渗透液有极强的顺着金属表面(特别是裂纹)流动的能力，然后擦去机器表面的渗透液，涂抹白漆，如果某处存在的裂纹此前渗入了渗透液，则该渗透液将反向流出到白漆层并使之染色，通过白漆上的染色位置和分布形状，识别裂纹是否存在及分布形状；该技术只能识别穿透到表面的裂纹，只能用于核实所怀疑的裂纹，而不便普遍、经常使用。

遍贴应变片进行动应力监测的原理是：在机器表面估计可能产生裂纹的部位贴大量的应变片，在机器运动时，如果某片应变片所覆盖的裂纹张开，则应变片的电阻材料被拉伸、变长，通过检测该微小的、相对其他应变片增大的电阻增量，来识别可能存在的裂纹；该技术所需的应变片数量巨大，而且所贴位置必须估计得十分准确，否则无效；还因为机器表面在振动或工作中也会存在无裂纹时的在弹性范围内的拉伸或压缩，也会引起应变片电阻增量，故其检测准确度受到限制。

因此，现有的诸多裂纹检测技术，在监测频度、实施难易、代价程度、对被检测对象的限制(如停止使用)、使用的传感器数量等方面存在着不足，迫切需要研究一种能弥补上述不足的节约传感器数量、适合于恶劣运行环境、在线运行中随时可以准确地进行频繁监测的新方法。

发明内容

为了解决现有的诸多裂纹检测技术在监测频度、实施难易、代价程度、对被检测对象的限制(如停止使用)、使用的传感器器数量多等方面存在着不足，现在提出一种构架裂纹监测方法及其监测装置。

一种构架裂纹监测方法，所述方法包括：

第一步，对构架进行模态分析，对该构架进行监测振动冲击的复合传感器的测点选择；

第二步、利用测点位置获取的外部随机冲击激发构架模态的广义共振与该广义共振所激发的广义共振冲击进行识别裂纹的相对积计算；

第三步、利用测点位置获取的广义共振的模态频率(F0X)经过窄带滤波、量化相对积以及置信度计算等处理进行裂纹预警的判断。

所述的对该构架进行监测的振动冲击复合传感器的测点选择步骤包括：

(1)对机械构架作模态分析，获取构架的各种共振模态的特征频率F0(1)～F0(M)，及其对应的共振模态之应力最大因而易发生裂纹的部位A01～A0M；

(2)针对机器构架受到的主要外力作用所能激发的广义共振最大的模态之对应易发生裂纹部位如A01～A0M中的A0X、A0Y……A0Z，以每个振动冲击复合传感器能够监测到最多的易发生裂纹部位的振动和冲击为首要条件，以使用振动冲击复合传感器数量最少为次要条件，确定传感器测点和传感器数量N；

(3)其中传感器测点的首要条件的确定原则是：如果传感器安装在易发生裂纹部位所获得振动和冲击最大量值分别为100％，则在合格的测点所获得易发生裂纹部位的振动和冲击必须达到最大量值的10％及以上。

在所述的识别裂纹的相对积计算中，利用外部随机冲击激发构架模态的广义共振波形与所述的该广义共振所激发的冲击的开闭冲击波形作时间一一对应的乘法处理，得到相对积输出波形，其中正的脉冲即是闭合相对积，负的脉冲即是开裂相对积。

所述的裂纹预警的判断包括如下步骤：

(1)根据测点所能涉及的广义共振的模态频率(F0X)，对振动信号作带宽为X～Y与模态频率F0X乘积的窄带滤波，其中X＝0.93～0.99，Y＝1.00～1.03，得到振动滤波信号；

(2)选择“振动滤波”信号中相对最大值A发生时间T前后的、波形幅度单调下降到最大值的(0.01～0.10)的时间Ta和Tb间的波形段，对该波形段按照最大值的Z倍做整形，其中Z的取值范围建议为0.05～0.1，即瞬时幅度大于最大值的Z倍者量化为1，瞬时幅度小于最大值-Z倍者量化为-1，其余量化为0，得到“振动量化”波；

(3)对于对应时间段的开闭冲击波形按照最大值的Z倍做整形，其中Z的取值范围建议为0.05～0.1，即瞬时幅度大于最大值的Z倍者量化为1，其余量化为0，得到“冲击量化”波，如附图3；

(4)对“振动量化”波与“冲击量化”波作“量化相对积”，即对相关时间段内各时间的“振动量化”波与“冲击量化”一一相对应求积得到“量化相对积”波；

(5)对所得到的“量化相对积”做FFT分析，对频率等于带宽为X～Y与模态频率F0X乘积范围内的最高主频谱线的幅度，除以带宽为X～Y与模态频率F0X乘积以外其它频谱线的最高幅度得到“置信度”，若该“置信度”达到1.41倍及以上，则判定为“裂纹预警”。

利用上述任何一种构架裂纹监测方法的监测装置，还包括振动冲击复合传感器(1-1～1-N)、振动冲击处理器(2)和裂纹分析诊断计算机系统3，所述的监测装置还包括裂纹分析诊断软件；

所述的振动冲击复合传感器1-1～1-N，用于监测构架可能引发裂纹的振动模态内因在外部随机激励作用下产生的机械广义共振，和该机械广义共振等因素引起的裂纹在振动中因进一步开裂的声发射冲击及开裂的裂纹在振动中短暂闭合所产生的闭合冲击；振动冲击处理器(2)，用于对所述振动冲击复合传感器(1-1～1-N)监测的振动冲击信号分离为振动信号和冲击共振解调信号；裂纹分析诊断计算机系统3，用于对振动冲击处理器输出的振动冲击信号进行同步采样及支持裂纹识别诊断软件进行裂纹诊断；

安装在构架上的多个振动冲击复合传感器(1-1～1-N)连接到振动冲击处理器2的输入端1N1、1N2……1NN，振动冲击处理器2对每个传感器的信号分离出广义共振的振动信号V1、V2……VN和开闭冲击的冲击共振解调信号I1、I2……IN，再输出到裂纹分析诊断计算机系统3的AD转换器输入端ADV1、ADV2……ADVN和ADI1、ADI2……ADIN，由裂纹分析诊断计算机系统3的软件控制AD转换器对至少每一个测点之传感器的广义共振信号和开闭冲击信号同步采样，将上述采集的广义共振信号和开闭冲击信号送到裂纹分析诊断计算机系统3的裂纹分析诊断软件进行裂纹分析诊断。

根据一种构架裂纹监测方法及其监测装置所构建的诊断系统，利用构架结构不可避免地具有的，虽然设计者令其避开了与构架所承载的旋转机器的不平衡振动频率的共振，但不可避免地必然受到外界随机振动特别是冲击激励而发生的广义共振的模态频率作为识别裂纹的频率参照，利用该广义共振因为具有在外部非同频因素激励下产生频率为模态频率的大幅度振动并易于因此而引起构架在此模态下应立集中部位发生疲劳裂纹的自然规律，以及进而引发已有裂纹在该广义共振作用下发生裂纹继续开裂的声发射冲击和裂纹闭合的碰撞、摩擦冲击的自然规律，以提取随机冲击激发的广义共振及该广义共振诱发同步的裂纹开闭冲击之因果对应关系为途径，实现了裂纹的识别。较之前人的技术途径，具有使用传感器数量少，识别裂纹准确度高，能够对运用中的构架实时、在线、连续检测，为防止因构架裂纹、断裂所致的重大事故开辟了新的技术途径的优点。

附图说明

图1为构架裂纹监测装置框图；

图2为随机冲击激发构架广义共振进而引发裂纹开闭冲击及相对积处理示意图；

图3为裂纹分析诊断软件对信号作量化处理过程的示意图；

图4为裂纹分析诊断软件对信号量化相对积识别置信度示意图；

图5为裂纹分析诊断软件分析一个测点信号中裂纹信息及原因的流程图；

图6为一种构架裂纹监测装置框图；

图7为在构架上安装振动冲击复合传感器的位置示意图；

图8-1为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之一主视图；

图8-2为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之一俯视图；

图8-3为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之一右视图；

图8-4为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之一立体图；

图9-1为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之二主视图；

图9-2为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之二俯视图；

图9-3为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之二右视图；

图9-4为可引发中梁裂纹的构架广义共振模态之二立体图；

图10为裂纹分析诊断软件分离处理得到裂纹特征信息之一；

图11为裂纹分析诊断软件分离处理得到裂纹特征信息之二；

图12为构架频繁出现故障预警并偶有2级报警的统计；

图13为裂纹分析诊断软件诊断发现裂纹的照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明提出的一种构架裂纹监测方法及其监测装置。

构架裂纹监测装置，含有可以监测构架可能引发裂纹的振动模态内因在外部随机激励作用下产生的机械广义共振，和该机械广义共振等因素引起的裂纹在振动中因进一步开裂的声发射冲击及开裂的裂纹在振动中短暂闭合所产生的闭合冲击的多个振动冲击复合传感器(1-1～1-N)，对多个传感器监测的振动冲击信号分离为振动信号和冲击共振解调信号的振动冲击处理器2，和对振动冲击处理器输出的振动冲击信号进行同步采样及含有根据监测方法构建的裂纹识别诊断软件的裂纹分析诊断计算机系统3组成的车辆构架裂纹监测装置，如附图1。

裂纹分析诊断计算机系统3中含有以车辆构架裂纹监测方法所支持的裂纹分析诊断软件。安装在构架上的多个振动冲击复合传感器(1-1～1-N)连接到振动冲击处理器2的输入端1N1、1N2……1NN，振动冲击处理器2对每各个传感器的信号分离出名为“广义共振”的振动信号V1、V2……VN和名位“开闭冲击”的冲击共振解调信号I1、I2……IN，再输出到裂纹分析诊断计算机系统3的AD转换器输入端ADV1、ADV2……ADVN和ADI1、ADI2……ADIN，由裂纹分析诊断计算机系统3的软件控制AD转换器对至少每一个测点之传感器的“广义共振”和“开闭冲击”同步采样，将所有采集的“广义共振”和“开闭冲击”信号送到裂纹分析诊断计算机系统3的裂纹分析诊断软件进行裂纹分析诊断。

所述振动冲击复合传感器，可以使用本发明人发明的公开号为CN101162182的发明专利《一种磁性安装的振动冲击传感器》；公开号为CN101368869的发明专利《一种检测振动冲击的广义共振复合传感器》；公开号为CN201034720的实用新型《一种同时检测水平振动和垂直振动与冲击的复合传感器》，或使用独立的振动传感器和冲击传感器。

所述振动冲击处理器2，可以使用本发明人的公开号为CN201484439U实用新型《一种轨道交通车辆走行部及钢轨故障车载在线监测诊断系统》。

所述裂纹分析诊断计算机硬件可以使用本发明人的公开号为CN201484439U实用新型《一种轨道交通车辆走行部及钢轨故障车载在线监测诊断系统》。

一种构架裂纹监测方法，多个振动冲击复合传感器(1-1～1-N)的测点选择方法为，首先对机械构架作模态分析，掌握构架的各种共振模态的特征频率F0(1)～F0(M)，及其对应的共振模态之应力最大因而易发生裂纹的部位A01～A0M，然后针对机器构架受到的主要外力作用所能激发的广义共振最大的模态之对应易发生裂纹部位如A01～A0M中的A0X、A0Y……A0Z，以每个振动冲击复合传感器能够监测到最多的易发生裂纹部位的振动和冲击为首要条件，以使用振动冲击复合传感器数量最少为次要条件，确定传感器测点和传感器数量N；其中传感器测点的首要条件的确定原则是：如果传感器安装在易发生裂纹部位所获得振动和冲击分别为100％，则在合格的测点所获得易发生裂纹部位的振动和冲击必须达到10％及以上。

这是因为，所述构架裂纹监测方法及其监测装置不是直接凭借振动和冲击的量值识别裂纹，而是凭借外部随机冲击激发构架模态的广义共振与该广义共振所激发的广义共振冲击的相对积识别裂纹，如附图2，构架受到机械“随机冲击”，相关模态发生“广义共振”，由于广义共振通常是构架类型机械中的最大振动，对于构架的破坏作用最大，因此可因为广义共振对应的拉伸形变(如负半波)使机械的表面或裂纹深部继续拉裂产生生发射冲击波，成为“开裂冲击”；而当向相反方向振动(如正半波)使已经开裂的裂纹闭合时，裂纹两边的材料相互碰撞发生冲击，成为“闭合冲击”；传感器不能区分“开裂冲击”和“闭合冲击”，经过振动冲击处理器2只能分离、处理为“开闭冲击”；其特征在于由裂纹分析诊断软件对“广义共振”波形与“开闭冲击”波形作时间一一对应的乘法处理，便得到“相对积”输出波形，其中正的脉冲即是“闭合相对积”，负的脉冲即是“开裂相对积”。

由于构架上不仅存在由机械随机冲击所引发的机械模态内因所致的广义共振，也存在其他的常态振动，他们与广义共振叠加在一起后，只要达到足以使裂纹进一步撕裂或是裂纹闭合的程度，也将引起裂纹开闭冲击，因此，机械上出现的冲击，不都是广义共振引发的冲击，机械上的振动也不都是广义共振所引起的振动，以致对传感器在测点所检测得到的振动和冲击直接作相对积处理的结果不能作为裂纹存在的证明。为了剔除常态振动和冲击的对于识别裂纹的影响，为了通过确定发生振动冲击相对积的模态以确定故障裂纹所发生的部位，所述构架裂纹监测方法及其监测装置，裂纹分析诊断软件根据测点所能涉及的广义共振的模态频率F0X，对振动信号作带宽为(X～Y)·F0X的窄带滤波，其中X＝0.93～0.99，Y＝1.00～1.03，得到“振动滤波”信号；选择“振动滤波”信号中相对最大值A发生时间T前后的、波形幅度单调下降到最大值的(0.01～0.10)的时间Ta和Tb间的波形段，对该波形段按照最大值的Z倍做整形，其中Z的取值范围建议为0.05～0.1，即瞬时幅度大于最大值的Z倍者量化为1，瞬时幅度小于最大值-Z倍者量化为-1，其余量化为0，得到“振动量化”波；对于对应时间段的开闭冲击波形按照最大值的Z倍做整形，其中Z的取值范围建议为0.05～0.1，即瞬时幅度大于最大值的Z倍者量化为1，其余量化为0，得到“冲击量化”波，如附图3；对“振动量化”波与“冲击量化”波作“量化相对积”，即对相关时间段内各时间的“振动量化”波与“冲击量化”一一相对应求积得到“量化相对积”波；对所得到的“量化相对积”做FFT分析，对频率等于(X～Y)·F0X范围内的最高主频谱线的幅度，除以(X～Y)·F0X以外其它频谱线的最高幅度得到“置信度”，若该“置信度”达到1.41倍，则判定为“裂纹预警”，如附图4。

对某一个测点的传感器信号实现上述裂纹分析诊断软件的流程图如附图5。

实施例1，车辆构架裂纹在线诊断系统

一种根据构架裂纹监测方法及其监测装置构建的车辆构架裂纹在线诊断系统，含有安装在车辆转向架上的多个振动冲击复合传感器(1-1～1-4)，对多个传感器监测的振动冲击信号分离为振动信号和冲击共振解调信号的振动冲击处理器2，和对振动冲击处理器输出的振动冲击信号进行同步采样及含有根据监测方法构建的裂纹识别诊断软件的裂纹分析诊断计算机系统3组成的车辆构架裂纹监测装置，如附图1，其特征在于裂纹分析诊断计算机系统3中含有以车辆构架裂纹监测方法所支持的裂纹分析诊断软件。安装在构架上的多个振动冲击复合传感器(1-1～1-4)连接到振动冲击处理器2的输入端1N1、1N2……1N4，振动冲击处理器2对每个传感器的信号分离出名为“广义共振”的振动信号V1、V2……V4和名为“开闭冲击”的冲击共振解调信号I1、I2……I4，再输出到裂纹分析诊断计算机系统3的AD转换器输入端ADV1、ADV2……ADV4和ADI1、ADI2……ADI4，由裂纹分析诊断计算机系统3的软件控制AD转换器对至少每一个测点之传感器的“广义共振”和“开闭冲击”同步采样，将所有采集的“广义共振”和“开闭冲击”信号送到裂纹分析诊断计算机系统3的裂纹分析诊断软件进行裂纹分析诊断。

所述振动冲击处理器2含有4个振动低通滤波器VLP1～VLP4和4个冲击共振解调处理器IFD1～IFD4，其中，VLP1、IFD1的输入端并联于IN1，接受振动冲击复合传感器-1的输出信号，经过分离、处理后的振动、冲击信号经V1、I1输出到裂纹分析诊断计算机系统的AD转换器输入端ADV1、ADI1；VLP2、IFD2的输入端并联于IN2，接受振动冲击复合传感器-2的输出信号，经过分离、处理后的振动、冲击信号经V2、I2输出到裂纹分析诊断计算机系统的AD转换器输入端ADV2、ADI2；VLP3、IFD3的输入端并联于IN3，接受振动冲击复合传感器-3的输出信号，经过分离、处理后的振动、冲击信号经V3、I3输出到裂纹分析诊断计算机系统的AD转换器输入端ADV3、ADI3；VLP4、IFD4的输入端并联于IN4，接受振动冲击复合传感器-4的输出信号，经过分离、处理后的振动、冲击信号经V4、I4输出到裂纹分析诊断计算机系统的AD转换器输入端ADV4、ADI4；如附图6。

另一种实施途径是，省去振动冲击处理器2，由裂纹分析诊断计算机系统3的软件控制AD转换器对各个振动冲击复合传感器的信号进行高速采样，用软件实现上述振动冲击处理器2的处理功能，分解出相应的“广义共振”和“开闭冲击”信号送到裂纹分析诊断计算机系统3的裂纹分析诊断软件进行裂纹分析诊断。

绝大多数的轨道交通车辆为4轴车，前两条轴与前构架组装为前转向架，后两条轴与后构架组装为后转向架，前后两个转向架、构架、车轮完全相同。例如某型转向架的结构如附图7所示，含有左右纵梁11、12、两条中梁15和两条小纵梁16组合的构架。由于构架本身没有转动部件，不产生振动，但因其本身存在着容易被外部冲击激励而发生强大振动并进而疲劳损坏的薄弱环节，即以各种振动模态表现的的广义共振；车轮与轨道接缝的冲击等原因激发的构架各种广义共振便成为构架的主要振动和引起破裂故障的主要原因。其中由于若干振动模态决定了每一条中梁15的中部是振动幅度最大处，并在电动机14和齿轮箱13吊座与中梁15结合部出现最大应力而易于发生裂纹，同样在小纵梁16两端与中梁15结合部也易于发生裂纹；例如，能引发中梁15发生裂纹并扩展的构架振动模态分析的频率为F01＝36.39Hz、F02＝52.72Hz，如图8-1、图8-2、图8-3、图8-4、图9-1、图9-2、图9-3、图9-4。为了检测外力激发的这些模态的广义共振及其引发的裂纹开闭冲击，在中梁15的中部安装振动冲击复合传感器1-1、1-2，在另一个转向架的构架中梁15中部安装振动冲击复合传感器1-3、1-4如附图7。

裂纹分析诊断计算机系统3所含的裂纹分析诊断软件进行、分析诊断时，分离出振动和冲击共振解调信号；对振动信号以包含模态频率F01＝36.39Hz的窄带(34至38Hz)滤波器滤波后的“振动滤波”信号之最大值附近时间段的波形和对应时间段的“开闭冲击”波形如附图10，以及它们的量化相对积为+0.54和-0.32，通过FFT分析证明他们的频谱主谱线均为36.1Hz，并且符合置信度要求，诊断为构架中梁15存在图8-1、图8-2、图8-3、图8-4的模态下发生冲击的裂纹。

裂纹分析诊断计算机系统3的裂纹分析诊断软件进行、分析诊断时，分离出振动和冲击共振解调信号以及振动滤波信号与冲击的相对积如附图11；对振动信号以包含模态频率F01＝52.72Hz的窄带(51至55Hz)滤波器滤波后的“振动滤波”信号之最大值附近的时间段波形和对应时间段的“开闭冲击”以及它们的量化相对积为+0.46和-0.45，通过FFT分析证明他们的频谱主谱线均为52.3Hz，并且符合置信度要求，诊断为构架中梁15存在图9-1、图9-2、图9-3、图9-4的模态下发生冲击的裂纹。

裂纹分析诊断计算机系统3的裂纹分析诊断软件进行、分析诊断时，对其他样本分析的统计如附图12，表明该构架频繁出现故障预警并偶有2级报警。

对中梁15进行着色检查，发现中梁15与电动机14吊挂结合部出现裂纹如附图13。证明基于随机冲击激励的构架广义共振与所引发的裂纹开闭冲击相对积识别技术可靠、准确地识别了裂纹的能力。

Claims (5)

1.一种构架裂纹监测方法，其特征在于：

所述方法包括：

第一步，对构架进行模态分析，进而对该构架进行监测振动冲击的复合传感器的测点选择；

第二步、利用测点位置获取的外部随机冲击激发构架模态的广义共振与该广义共振所激发的冲击进行识别裂纹的相对积计算；

第三步、利用测点位置获取的广义共振的模态频率(F0X)经过窄带滤波、量化相对积以及置信度计算处理进行裂纹预警的判断。

2.根据权利要求1所述的一种构架裂纹监测方法，其特征在于：

所述的对该构架进行监测的振动冲击复合传感器的测点选择包括：

(1)对机械构架作模态分析，获取构架的各种共振模态的特征频率(F0(1)～F0(M))，及其对应的共振模态之应力最大因而易发生裂纹的部位(A01～A0M)；

(2)针对机器构架受到的主要外力作用所能激发的广义共振最大的模态之对应易发生裂纹部位(A01～A0M中的A0X、A0Y……A0Z)，以每个振动冲击复合传感器能够监测到最多的易发生裂纹部位的振动和冲击为首要条件，以使用振动冲击复合传感器数量最少为次要条件，确定传感器测点和传感器数量(N)；

(3)其中传感器测点的首要条件的确定原则是：如果传感器安装在易发生裂纹部位所获得振动和冲击最大量值分别为100％，则在合格的测点所获得易发生裂纹部位的振动和冲击必须达到最大量值的10％及以上。

3.根据权利要求1所述的一种构架裂纹监测方法，其特征在于：

在所述的识别裂纹的相对积计算中，利用外部随机冲击激发构架模态的广义共振波形与所述的该广义共振所激发的冲击的开闭冲击波形作时间一一对应的乘法处理，得到相对积输出波形，其中正的脉冲即是闭合相对积，负的脉冲即是开裂相对积。

4.根据权利要求1所述的一种构架裂纹监测方法，其特征在于：

所述的裂纹预警的判断包括如下步骤：

(1)根据测点所能涉及的广义共振的模态频率(F0X)，对振动信号作带宽为(X～Y)与模态频率(F0X)乘积的窄带滤波，其中X＝0.93～0.99Hz，Y＝1.00～1.03Hz，得到振动滤波信号；

(2)选择振动滤波信号中相对最大值(A)发生时间T前后的、波形幅度单调下降到最大值的(0.01～0.10)的时间Ta和Tb间的波形段，对该波形段按照最大值的Z倍做整形，其中Z的取值范围建议为0.05～0.1，即瞬时幅度大于最大值的Z倍者量化为1，瞬时幅度小于最大值-Z倍者量化为-1，其余量化为0，得到振动量化波；

(3)对于对应时间段的开闭冲击波形按照最大值的Z倍做整形，其中Z的取值范围建议为0.05～0.1，即瞬时幅度大于最大值的Z倍者量化为1，其余量化为0，得到冲击量化波；

(4)对振动量化波与冲击量化波作量化相对积，即对相关时间段内各时间的振动量化波与冲击量化波一一相对应求积得到量化相对积波；

(5)对所得到的量化相对积做FFT分析，对频率等于带宽为(X～Y)与模态频率(F0X)乘积范围内的最高主频谱线的幅度，除以带宽为(X～Y)与模态频率(F0X)乘积以外其它频谱线的最高幅度得到置信度，若该置信度达到1.41倍及以上，则判定为“裂纹预警”。

5.利用上述任何一种构架裂纹监测方法的监测装置，包括振动冲击复合传感器(1-1～1-N)、振动冲击处理器(2)和裂纹分析诊断计算机系统(3)，其特征在于：

所述的监测装置还包括裂纹分析诊断软件；

所述的振动冲击复合传感器(1-1～1-N)，用于监测构架可能引发裂纹的振动模态内因在外部随机激励作用下产生的机械广义共振，和该机械广义共振等因素引起的裂纹在振动中因进一步开裂的声发射冲击及开裂的裂纹在振动中短暂闭合所产生的闭合冲击；振动冲击处理器(2)，用于对所述振动冲击复合传感器(1-1～1-N)监测的振动冲击信号分离为振动信号和冲击共振解调信号；裂纹分析诊断计算机系统(3)，用于对振动冲击处理器输出的振动冲击信号进行同步采样及支持裂纹识别诊断软件进行裂纹诊断；

安装在构架上的多个振动冲击复合传感器(1-1～1-N)连接到振动冲击处理器(2)的输入端(1N1、1N2……1NN)，振动冲击处理器(2)对每个传感器的信号分离出广义共振的振动信号(V1、V2……VN)和开闭冲击的冲击共振解调信号(I1、I2……IN)，再输出到裂纹分析诊断计算机系统(3)的AD转换器输入端(ADV1、ADV2……ADVN和ADI1、ADI2……ADIN)，由裂纹分析诊断计算机系统(3)的软件控制AD转换器对至少每一个测点之传感器的广义共振信号和开闭冲击信号同步采样，将上述采集的广义共振信号和开闭冲击信号送到裂纹分析诊断计算机系统(3)的裂纹分析诊断软件进行裂纹分析诊断。

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