CN115790667B - 基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及惯性导航领域，公开了一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法及系统，用于提高对半球谐振陀螺进行谐波缺陷识别时的准确率。该方法包括：对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；通过所述响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。

Description

基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法及系统

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，尤其涉及一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法及系统。

背景技术

半球谐振陀螺是一种新型惯性级固体波动陀螺，核心构件为石英材料制成的半球谐振子，高精度的半球谐振陀螺对谐振子的几何对称度误差要求极其苛刻，虽然石英半球谐振子加工精度目前已达到亚微米的量级，由加工误差引起的谐振子周向质量分布不均匀度仍远不满足高精度陀螺的要求，需要进一步采取修调的方式进行不平衡质量的去除。

半球谐振子的质量不平衡周向分布按傅里叶级数展开可得到谐波分布形式，其中对陀螺性能有影响需要修调的是前4次谐波缺陷，不平衡质量谐波缺陷的检测精度直接决定谐振子的修调精度，其中，第4次谐波缺陷与频率裂解一一对应，目前检测手段较为成熟，而1~3次谐波缺陷的检测存在较大难度，目前现有的检测方案，检测原理为拾取谐振子工作过程正向传递至支撑结构的振动能量来提取1~3次谐波缺陷信息，此过程复杂繁琐，需要高精度振动检测技术支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法及系统，解决了对半球谐振陀螺进行谐波缺陷识别时准确率较低的技术问题。

本发明提供了一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法，包括：对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；通过所述响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。

在本发明中，所述对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合步骤，包括：将所述目标半球谐振子安装至预置的激振装置，并对所述目标半球谐振子进行周向坐标系定义，确定目标周向坐标系；通过所述目标周向坐标系对所述目标半球谐振子进行初始位置确定，得到初始检测位置；基于所述初始检测位置，控制所述激振装置对所述目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合。

在本发明中，所述基于所述初始检测位置，控制所述激振装置对所述目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合步骤，包括：

控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号；通过预设角度及所述初始检测位置进行二次冲击位置分析，确定对应的二次冲击位置；控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述二次冲击位置施加第二目标冲击力，并采集对应的第二响应信号，其中，所述第二目标冲击力与所述第一目标冲击力的大小相等，方向相同；将所述第一响应信号及所述第二响应信号合并为所述响应信号集合。

在本发明中，所述控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号步骤，包括：对所述目标半球谐振子进行轴向方向分析，确定与所述目标半球谐振子对应的轴向方向；通过所述轴向方向进行冲击力作用方向确定，确定对应的冲击力作用方向；

通过所述冲击力作用方向，控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号。

在本发明中，所述通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合步骤，包括：对所述谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型；通过所述目标数据类型对所述谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值；将所述施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为所述最大响应幅值集合。

在本发明中，所述通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息步骤，包括：

将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第一谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第一谐波不平衡质量，其中，所述第一谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第一谐波不平衡质量；

将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第二谐波不平衡质量，其中，所述第二谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第二谐波不平衡质量；

通过所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

在本发明中，所述通过所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合步骤，包括：

将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值和所述第三幅值输入第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值；

将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；

将所述第一谐波缺陷分布周向角度位置数据及所述第二谐波缺陷分布周向角度位置数据进行数据合并，得到所述谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

本发明还提供了一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别系统，包括：

提取模块，用于对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；

采集模块，用于通过所述响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；

识别模块，用于通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；

分析模块，用于通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。

本发明中，对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；通过响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；通过谐波数据集合对目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；通过最大响应幅值集合对目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。本发明方案中，根据振动能量的传递是可逆的性质，通过施加外界激振的方式，当目标半球谐振子存在不平衡质量时，通过目标半球谐振子的周向各个位置对于外界激振的响应力与不平衡质量分布存在的对应关系，基于监测目标半球谐振子对于外界激振的响应，生成谐波缺陷分布信息，可以简化缺陷识别过程，避免获取数据时的繁冗程序，提升了获取的数据的准确性，进一步提升对半球谐振陀螺进行谐波缺陷识别时的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法的流程图。

图2为本发明实施例中控制激振装置对目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合的流程图。

图3为本发明实施例中通过最大响应幅值集合对目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析的流程图。

图4为本发明实施例中对目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析的流程图。

图5为本发明实施例中基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别系统的示意图。

附图标记：

501、提取模块；502、采集模块；503、识别模块；504、分析模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，图1是本发明实施例的基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法的流程图，如图1所示，该流程图包括以下步骤：

步骤S101：对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；

可以理解的是，本发明的执行主体可以为基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别系统，还可以是终端或者服务器，具体此处不做限定。本发明实施例以服务器为执行主体为例进行说明。

需要说明的是，本发明实施例针对目标半球谐振子第1次、第3次谐波缺陷检测的情况，可以通过给目标半球谐振子的支撑结构施加外界激振，并检测标半球谐振子对外界激振产生的响应信号来辨识第1次、第3次谐波缺陷的大小及分布，具体的，服务器采用外界激振的方式，对目标半球谐振子整体施加冲击力，冲击力的大小需不破坏目标半球谐振子及其支撑结构，进而采集在激振处理过程中的响应信号集合。

需要说明的是，在每次施加冲击力后，服务器需要通过电容检测方式或激光测振方式对目标半球谐振子在其周向坐标系0°及45°位置中的响应信号进行采集，冲击力的方向需垂直于目标半球谐振子的轴向方向，并分两次施加，两次施加的冲击力的大小需保证一致，其中，需要说明的是，冲击力的施加方式包括但不限于通过激振台施加冲击力或通过弹簧敲击锤施加冲击力等方式。

步骤S102：通过响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；

步骤S103：通过谐波数据集合对目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；

需要说明的是，在每次施加冲击力后，服务器需要通过电容检测方式或激光测振方式对目标半球谐振子在其周向坐标系0°及45°位置中的响应信号进行采集。在通过响应信号进行谐波数据采集时，需通过安装在该目标半球谐振子上的传感器进行信号解调，需要说明的是，传感器信号的带宽一般较窄，对噪声的敏感度较高，服务器首先对响应信号进行滤波处理，因此，通过滤波限制该响应信号的带宽可显著降低总体噪声，进而对滤波处理后的响应信号进行信号解调处理，确定对应的谐波数据集合。

进一步地，服务器对该谐波数据集合进行数据分类，确定第一次施加冲击力后的谐波数据及第二次施加冲击力后的谐波数据，进而服务器根据第一次施加冲击力后的谐波数据及第二次施加冲击力后的谐波数据对目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合。

步骤S104：通过最大响应幅值集合对目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。

需要说明的是，根据振动能量传递原理，该目标半球谐振子的响应振动存在1次和3次谐波缺陷，且响应振动与谐波缺陷的大小和分布存在相应的数据对应关系，本发明实施例中，服务器通过响应振动与谐波缺陷的大小和分布之间的数据对应关系对目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息，具体的，该谐波缺陷分布信息包括第1次谐波不平衡质量、第3次谐波不平衡质量、第1次谐波缺陷分布周向角度位置数据和第3次谐波缺陷分布周向角度位置数据。

通过执行上述步骤，根据振动能量的传递是可逆的性质，通过施加外界激振的方式，当目标半球谐振子存在不平衡质量时，通过目标半球谐振子的周向各个位置对于外界激振的响应力与不平衡质量分布存在的对应关系，基于监测目标半球谐振子对于外界激振的响应，生成谐波缺陷分布信息，可以简化缺陷识别过程，避免获取数据时的繁冗程序，提升了获取的数据的准确性，进一步提升对半球谐振陀螺进行谐波缺陷识别时的准确率。

在一具体实施例中，执行步骤S101的过程可以具体包括如下步骤：

（1）将目标半球谐振子安装至预置的激振装置，并对目标半球谐振子进行周向坐标系定义，确定目标周向坐标系；

（2）通过目标周向坐标系对目标半球谐振子进行初始位置确定，得到初始检测位置；

（3）基于初始检测位置，控制激振装置对目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合。

在本发明实施例中，将目标半球谐振子安装至预置的激振装置，并通过夹具加紧目标半球谐振子，同时安装该目标半球谐振子的振动检测传感器，需要说明的是，该振动检测传感器包括但不限于电容传感器或激光传感器，进一步地，服务器定义目标半球谐振子的周向坐标系，并确定目标半球谐振子的0°位置，该目标半球谐振子在该周向坐标系中的0°位置即初始检测位置，进一步地，服务器基于初始检测位置，控制激振装置对目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合。

在一具体实施例中，执行步骤S103的过程可以具体包括如下步骤：

（1）对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型；

（2）通过目标数据类型对谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值；

（3）将施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为最大响应幅值集合。

需要说明的是，对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型，具体的，服务器对该谐波数据集合进行时序特征分析，确定该谐波数据集合中每一数据对应的时序特征，进而服务器根据该每一数据对应的时序特征对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型，其中，该目标数据类型包括经第一目标冲击力冲击的数据类型及施加第二目标冲击力冲击的数据类型，进而通过目标数据类型对谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值，最终将施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为最大响应幅值集合。

在一具体实施例中，如图2所示，执行基于初始检测位置，控制激振装置对目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合步骤的过程可以具体包括如下步骤：

S201：控制激振装置在目标半球谐振子的初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号；

S202：通过预设角度及初始检测位置进行二次冲击位置分析，确定对应的二次冲击位置；

S203：控制激振装置在目标半球谐振子的二次冲击位置施加第二目标冲击力，并采集对应的第二响应信号，其中，第二目标冲击力与第一目标冲击力的大小相等，方向相同；

S204：将第一响应信号及第二响应信号合并为响应信号集合。

具体的，控制激振装置在目标半球谐振子的初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号，其中，服务器记录第一次激振测试，利用激振装置在该目标半球谐振子对应的轴向坐标系中0°位置给目标半球谐振子整体施加冲击力，同时记录该目标半球谐振子在轴向坐标系中0°和45°位置所产生的第一响应信号。

进一步地，通过预设角度及初始检测位置进行二次冲击位置分析，确定对应的二次冲击位置，其中，该预设角度为90°，通过该轴向坐标系中0°位置，沿逆时针方向转动90°确定对应的二次冲击位置，此时服务器记录第二次激振测试，服务器控制激振装置在轴向坐标系中90°位置给目标半球谐振子整体施加与第一次同等大小的冲击力，同时记录该目标半球谐振子在轴向坐标系中0°和45°位置所产生的第一响应信号，最终，服务器将第一响应信号及第二响应信号合并为响应信号集合。

在一具体实施例中，执行步骤S201的过程可以具体包括如下步骤：

（1）对目标半球谐振子进行轴向方向分析，确定与目标半球谐振子对应的轴向方向；

（2）通过轴向方向进行冲击力作用方向确定，确定对应的冲击力作用方向；

（3）通过冲击力作用方向，控制激振装置在目标半球谐振子的初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号。

具体的，对目标半球谐振子进行轴向方向分析，确定与目标半球谐振子对应的轴向方向，其中，服务器对该目标半球谐振子进行平面分析，确定与该目标半球谐振子对应的谐振子平面，进而服务器根据该谐振子平面确定对应的轴向方向，需要说明的是，冲击力的作用方向需垂直于目标半球谐振子的轴向方向，因此，服务器通过该轴向方向确定对应的冲击力作用方向，进一步地，服务器通过冲击力作用方向，控制激振装置在目标半球谐振子的初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号。

在一具体实施例中，如图3所示，执行步骤S104的过程可以具体包括如下步骤：

S301：将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值输入第一谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第一谐波不平衡质量，其中，第一谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第一谐波不平衡质量；

S302：将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值输入第二谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第二谐波不平衡质量，其中，第二谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第二谐波不平衡质量；

S303：通过最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值对目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

具体的，服务器将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值输入第一谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第一谐波不平衡质量，其中，第一谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第一谐波不平衡质量，需要说明的是，该第一谐波不平衡质量即对目标半球谐振子第1次谐波缺陷检测的谐波不平衡质量；

进一步地，服务器将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值输入第二谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第二谐波不平衡质量，其中，第二谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第二谐波不平衡质量，需要说明的是，该第二谐波不平衡质量即对目标半球谐振子第3次谐波缺陷检测的谐波不平衡质量，最终，服务器通过最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值对目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合，需要说明的是，在对目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，仍然需要通过第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值进行分析。

在一具体实施例中，如图4所示，执行步骤S303的过程可以具体包括如下步骤：

S401：将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值和第三幅值输入第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值；

S402：将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值输入第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；

S403：将第一谐波缺陷分布周向角度位置数据及第二谐波缺陷分布周向角度位置数据进行数据合并，得到谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

具体的，服务器将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值和第三幅值输入第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，需要说明的是，该第一谐波缺陷分布周向角度位置数据为对目标半球谐振子第1次谐波缺陷检测的谐波缺陷分布周向角度位置数据。

进一步地，服务器将最大响应幅值集合中第一幅值、第二幅值、第三幅值和第四幅值输入第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，需要说明的是，该第二谐波缺陷分布周向角度位置数据为对目标半球谐振子第3次谐波缺陷检测的谐波缺陷分布周向角度位置数据。

最终服务器将第一谐波缺陷分布周向角度位置数据及第二谐波缺陷分布周向角度位置数据进行数据合并，得到谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合，根据以上各式即可对目标半球半球谐振子第1次和第3次谐波缺陷不平衡质量及谐波缺陷分布周向角度位置数据的大小及其分布进行分析，最终，服务器通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。

本发明实施例还提供了一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别系统，如图5所示，该基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别系统具体包括：

提取模块501，用于对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；

采集模块502，用于通过所述响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；

识别模块503，用于通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；

分析模块504，用于通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息。

可选的，所述提取模块501具体包括：

定义单元，用于将所述目标半球谐振子安装至预置的激振装置，并对所述目标半球谐振子进行周向坐标系定义，确定目标周向坐标系；

确定单元，用于通过所述目标周向坐标系对所述目标半球谐振子进行初始位置确定，得到初始检测位置；

处理单元，用于基于所述初始检测位置，控制所述激振装置对所述目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合。

可选的，所述处理单元具体包括：

第一采集子单元，用于控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号；

位置分析子单元，用于通过预设角度及所述初始检测位置进行二次冲击位置分析，确定对应的二次冲击位置；

第二采集子单元，用于控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述二次冲击位置施加第二目标冲击力，并采集对应的第二响应信号，其中，所述第二目标冲击力与所述第一目标冲击力的大小相等，方向相同；

信号合并子单元，用于将所述第一响应信号及所述第二响应信号合并为所述响应信号集合。

可选的，所述第一采集子单元具体用于：对所述目标半球谐振子进行轴向方向分析，确定与所述目标半球谐振子对应的轴向方向；通过所述轴向方向进行冲击力作用方向确定，确定对应的冲击力作用方向；通过所述冲击力作用方向，控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号。

可选的，所述识别模块503具体用于：对所述谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型；通过所述目标数据类型对所述谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值；将所述施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为所述最大响应幅值集合。

可选的，所述分析模块504具体包括：

第一计算单元，用于将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第一谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第一谐波不平衡质量，其中，所述第一谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第一谐波不平衡质量；

第二计算单元，用于将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第二谐波不平衡质量，其中，所述第二谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第二谐波不平衡质量；

位置分析单元，用于通过所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

可选的，所述位置分析单元具体用于：

将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值和所述第三幅值输入第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值；

将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；

将所述第一谐波缺陷分布周向角度位置数据及所述第二谐波缺陷分布周向角度位置数据进行数据合并，得到所述谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

通过各个组成部分的协同合作，对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合；通过响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；通过谐波数据集合对目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合；通过最大响应幅值集合对目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息，根据振动能量的传递是可逆的性质，通过施加外界激振的方式，当目标半球谐振子存在不平衡质量时，通过目标半球谐振子的周向各个位置对于外界激振的响应力与不平衡质量分布存在的对应关系，基于监测目标半球谐振子对于外界激振的响应，生成谐波缺陷分布信息，可以简化缺陷识别过程，避免获取数据时的繁冗程序，提升了获取的数据的准确性，进一步提升对半球谐振陀螺进行谐波缺陷识别时的准确率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合，其中，将所述目标半球谐振子安装至预置的激振装置，并对所述目标半球谐振子进行周向坐标系定义，确定目标周向坐标系；通过所述目标周向坐标系对所述目标半球谐振子进行初始位置确定，得到初始检测位置；基于所述初始检测位置，控制所述激振装置对所述目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合，其中，控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号；其中，对所述目标半球谐振子进行轴向方向分析，确定与所述目标半球谐振子对应的轴向方向；通过所述轴向方向进行冲击力作用方向确定，确定对应的冲击力作用方向；通过所述冲击力作用方向，控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号，具体的，通过给目标半球谐振子的支撑结构施加外界激振，并检测目标半球谐振子对外界激振产生的响应信号来辨识第1次、第3次谐波缺陷的大小及分布；

通过预设角度及所述初始检测位置进行二次冲击位置分析，确定对应的二次冲击位置；控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述二次冲击位置施加第二目标冲击力，并采集对应的第二响应信号，其中，所述第二目标冲击力与所述第一目标冲击力的大小相等，方向相同；将所述第一响应信号及所述第二响应信号合并为所述响应信号集合；

通过所述响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；

通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合，其中，对所述谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型；通过所述目标数据类型对所述谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值；将所述施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为所述最大响应幅值集合，需要说明的是，对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型，具体的，对该谐波数据集合进行时序特征分析，确定该谐波数据集合中每一数据对应的时序特征，进而服务器根据该每一数据对应的时序特征对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型，其中，该目标数据类型包括经第一目标冲击力冲击的数据类型及施加第二目标冲击力冲击的数据类型，进而通过目标数据类型对谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值，最终将施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为最大响应幅值集合；

通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息，其中，将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第一谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第一谐波不平衡质量，其中，所述第一谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第一谐波不平衡质量；将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第二谐波不平衡质量，其中，所述第二谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第二谐波不平衡质量；通过所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合，其中，将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值和所述第三幅值输入第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；将所述第一谐波缺陷分布周向角度位置数据及所述第二谐波缺陷分布周向角度位置数据进行数据合并，得到所述谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

2.一种基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别系统，用以执行如权利要求1所述的基于半球谐振陀螺的谐波缺陷识别方法，其特征在于，包括：

提取模块，用于对半球谐振陀螺中目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合，其中，将所述目标半球谐振子安装至预置的激振装置，并对所述目标半球谐振子进行周向坐标系定义，确定目标周向坐标系；通过所述目标周向坐标系对所述目标半球谐振子进行初始位置确定，得到初始检测位置；基于所述初始检测位置，控制所述激振装置对所述目标半球谐振子进行激振处理，并采集激振处理过程中的响应信号集合，其中，控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号，对所述目标半球谐振子进行轴向方向分析，确定与所述目标半球谐振子对应的轴向方向；通过所述轴向方向进行冲击力作用方向确定，确定对应的冲击力作用方向；通过所述冲击力作用方向，控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述初始检测位置施加第一目标冲击力，并采集对应的第一响应信号，具体的，通过给目标半球谐振子的支撑结构施加外界激振，并检测目标半球谐振子对外界激振产生的响应信号来辨识第1次、第3次谐波缺陷的大小及分布，通过预设角度及所述初始检测位置进行二次冲击位置分析，确定对应的二次冲击位置；控制所述激振装置在所述目标半球谐振子的所述二次冲击位置施加第二目标冲击力，并采集对应的第二响应信号，其中，所述第二目标冲击力与所述第一目标冲击力的大小相等，方向相同；将所述第一响应信号及所述第二响应信号合并为所述响应信号集合；

采集模块，用于通过所述响应信号进行谐波数据采集，确定对应的谐波数据集合；

识别模块，用于通过所述谐波数据集合对所述目标半球谐振子进行振动响应幅值识别，确定最大响应幅值集合，其中，对所述谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型；通过所述目标数据类型对所述谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值；将所述施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为所述最大响应幅值集合，需要说明的是，对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型，具体的，对该谐波数据集合进行时序特征分析，确定该谐波数据集合中每一数据对应的时序特征，进而服务器根据该每一数据对应的时序特征对谐波数据集合进行数据分类，确定目标数据类型，其中，该目标数据类型包括经第一目标冲击力冲击的数据类型及施加第二目标冲击力冲击的数据类型，进而通过目标数据类型对谐波数据集合进行幅值数据提取，确定施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值，最终将施加第一目标冲击力后的第一幅值和第二幅值及施加第二目标冲击力后的第三幅值及第四幅值合并为最大响应幅值集合；

分析模块，用于通过所述最大响应幅值集合对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷分布分析，确定对应的谐波缺陷分布信息，其中，将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第一谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第一谐波不平衡质量，其中，所述第一谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第一谐波不平衡质量；将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波不平衡质量计算公式进行计算，得到对应的第二谐波不平衡质量，其中，所述第二谐波不平衡质量计算公式如下所示：

其中，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值，为第一目标冲击力的数值，为质量敏感系数，为第二谐波不平衡质量；通过所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值对所述目标半球谐振子进行谐波缺陷角度位置分析，得到对应的谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合，其中，将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值和所述第三幅值输入第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第一谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第一谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；将所述最大响应幅值集合中所述第一幅值、所述第二幅值、所述第三幅值和所述第四幅值输入第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式进行计算，得到第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，其中，所述第二谐波缺陷分布周向角度位置计算公式如下所示：

其中，为第二谐波缺陷分布周向角度位置数据，为第一幅值，为第二幅值，为第三幅值，为第四幅值；将所述第一谐波缺陷分布周向角度位置数据及所述第二谐波缺陷分布周向角度位置数据进行数据合并，得到所述谐波缺陷分布轴向角度位置数据集合。

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