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声发射信号处理及去噪方法的分析研究
作者:admin 发布日期:2015/5/11 9:36:11

材料中由于能量从局部源快速释放产生的瞬态弹性波的现象称之为声发射(Acoustic Emission,AE)。利用这种现象可以对材料或结构件进行声发射检测,与其它无损检测方法相比声发射检测有几个显著特点:(1)声发射检测是唯一与实时时间发生关系的测试方法。(2)声发射信号是由被测试物体直接发出而非无损检测仪器发出。

(3)声发射检测是一种动态检测,能反映出材料在载荷作用下,内部损伤的发展情况。

噪声在声发射检测中出现是不可避免的,它是一个在使用频率内存在的不希望出现的干扰,但目前的标准和资料都没有对声发射检测结果中出现的噪声信号进行分析并提出相应的评价。因此,如何识别检测结果中出现的噪声信号,避免出现误判,对声发射检测的结果进行合理准确的评价,就是要亟待解决的问题。

1 声发射噪声来源及处理方法

1.1声发射噪声的类型

声发射源一般产生瞬态弹性波x(t)。弹性波在介质中传播,经过多次反射、折射、衰减以及噪声的混入,被传感器接收,进行能量一电能的转换,再经过放大、滤波和A/D转换,即成为采集系统最终接收到的声发射信号。声发射信号中噪声的类型一般包括机械噪声和电磁噪声。

机械噪声的来源主要有以下三方面:

(l)摩擦引起的噪声:加载装置在加载过程中由于相对机械滑动引起的噪声;

(2)撞击噪声:包括雨、雪、风沙、振动及人为敲打;

(3)流体噪声:高速流动、空化、沸腾和泵和阀门的流体噪声等。

电磁噪声的来源主要有以下三个方面:

(1)由于前置放大器引起的不可避免的本底电子噪声;

(2)因检测系统和试件的接地不当引起的回路噪声;

(3)因环境中电台和雷达等无线发射器、电源干扰、电开关、继电器、电动机、焊接、电火花等引起的电噪声.

1.2噪声的排除方法

噪声的鉴别和排除,是声发射技术的主要难题,现有许多可选择的软件和硬件措施排除方法。有些须在检测前采取措施,而有些则要在实时或事后进行。噪声的排除方法有:

(1)主幅鉴别:用波到达主幅传感器的次序及其门电路,排除先到达副传感器的信号,而只采用来自主传感器附近的信号,属空间鉴别。适用于来自特定区域外的机械噪声。

(2)载荷控制门:用载荷门电路,只采用特定载荷范围内的信号。适用于疲劳试验时机械噪声。

(3)数据滤波:对撞击信号设置参数滤波窗口,滤波窗口外的撞击数据,包括:前端实时滤波和事后滤波。适用于机械噪声或电磁噪声。

2 现代信号处理方法

声发射信号去噪处理是声发射信号处理的重要步骤。现代去噪处理方法的种类很多,可以分为时域法、频域法和时频域方法。每种方法都有不同的适用范围和应用效果。针对非平稳信号,目前常用的方法是小波分析。声发射信号是一种非平稳信号,且声发射信号的类型不同,传播特性不同,相适应的去噪方法也不同。因此对声发射信号进行传播特性分析,是去噪方法选取的理论基础和依据。

从上表可以看出,傅立叶变换只能在频域范围内表述,那么对系数进行处理的手法也相对单一,而小波分解之后可以在各个层次选择阈值,对噪声成分进行抑制,手段更加灵活。还有一个现象值得我们注意,在使用小波变换进行噪声抑制的时候,降噪结果的能量比例(93.87%)虽然没有FFT滤波器的结果(96.45%)高,但是确保持了更高的与原信号的相似程度。这一点从降噪信号与原始信号的标准差可以看出。小波变换中,对细节系数进行抑制以后的滤波结果与原信号的标准差为32.4658,比FFT的结果34.8462还小。在这个意义上,展开之后的小波系数,既可以对某些频段的系数做滤波,更重要的是可以根据某些频段分离出来的系数随时间的变化,通过某些准则来确定其是信号本身所包含的信息,还是在统计上无规律的噪声。

3 结语

本文介绍了声发射信号噪声的产生以及处理方法。重点分析了傅立叶变换和小波变换这两种现代信号处理方法。同时给出了快速傅立叶算法的基本原理以及小波阈值的几种不同确定方法。通过试验仿真以及数据分析,证明了对于基于声发射技术采集的含噪声信号,应该采用小波分析方法消除噪声。

 

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