可燃药筒粘结质量声脉冲诊断技术与系统

　　0　引言

　　可燃药筒如图0.1所示,其主体结构由钢质筒底和可燃筒体两部分组成,筒体是以硝化棉为主的可燃材料,二者采用塔接粘结连接,其整体粘结强度应不小于某一界限。

　　可燃药筒粘结质量的无损检测系统应该满足如下要求:

　　(1)检测结果可靠,被检验合格的药筒,其拔断力大于某一规定值。

　　(2)诊断操作方便、速度快(检测一发药筒时间小于3 min),并带记录。

　　(3)仪器适用性广,可用于绕丝、卷制和一次成型(模压)可燃筒体与底座粘结强度的检测。

　　1　检测诊断系统的组成

　　为了满足上述要求,研究了可燃药筒粘结质量声脉冲诊断方法与系统,图1.1为该诊断系统的结构示意图,该系统由以下几部分构成:

　　(1)检测工作台:它由步进电机、声传感器、光耦架、机械传动机构、敲击发声机构和药筒支撑架等部分构成。

　　(2)主控部分:由数据采集卡、微机、打印机以及测控软件等部分组成。

　　(3)控制柜:它由音频放大器、中央控制器、步进电机驱动器等组成。

　　声传感器接收的声脉冲信号经音频放大器放大后,输入采集卡,进行A/D转换后,微机协调整个系统的工作。

　　2　粘结质量的声学诊断物理原理和分类判别的数学基础

　　2.1　粘结质量的声学诊断物理原理

　　任一粘结结构可视为由无数个弹簧和质量组成的振动系统,不同粘结状况的构件具有不同的固有频率和阻尼,将构件作为一个声学通道,如图0·1,从声道一端筒底激励药筒,声音信号经过构件后被声传感器接收,响应与激励的傅立叶变换之比即为声道的传输特性,声道特性由构件结构、材料、几何尺度、制造工艺等因素决定,其中包含了粘结部位的粘结状况的信息。

　　设激励、响应和声道的单位冲击响应分别为x(t)、y(t)、h(t) ,它们的傅立叶变换为X(f)、Y(f)、H(f),则

　　当激励信号在对声道特性有贡献的频率范围之内可视为δ-函数时,则响应信号y(t)的傅立叶变换Y(f)即为声道的频率响应函数H(f), (2.1)式可写成

　　y(t)和其傅立叶变换Y(f)均包含粘结部位的粘结状况的信息,如何从测得声音信号中,提取与粘接质量有关的信息,是本研究的重点。

　　2.2　粘结质量分类判别的数学基础[1]

　　为了对粘结强度进行分类,要解决两个问题:一是确定测得的药筒声学通道特性中那些量与粘结强度有关,这是特征选择提取问题;二是如何由筛选出来的特征量对粘结强度大小进行分类,以便确定正品、次品和废品,这两个问题在数学上可采用贝叶斯分类判别方法解决。该法[2]是建立在判别对象后验知识的基础上提出的一种统计判别方法。对于批量生产的粘结件,在粘结工艺一定时,通过对一批粘结件(试件)粘结状态的检测和粘结质量的试验分类,便可以获得其后验知识,贝叶斯判别方法提供了如下建立分类判别函数的有效方法: