小波尺度谱在AE信号特征提取中的应用

通过分析典型声发射信号及其特征提取,将小波尺度谱引入到声发射故障诊断领域,首次提出了声发射信号的小波尺度谱分析法。给出了小波基函数及其参数的选取,克服了声发射信号小波尺度谱的时、频分辨率不能同时达到最好的缺陷。将小波尺度谱用于声发射检测的滚动轴承损伤类型及部件的识别,诊断结果十分直观、清晰、准确。仿真分析和实验研究均表明小波尺度谱能有效应用于基于声发射技术的状态监测与故障诊断。     

地面装甲目标声信号的混沌特征提取

针对地面装甲目标辐射的噪声信号的非线性特性,为使智能地雷能够有效地识别目标,利用非线性动力学理论中的混沌原理对目标声信号进行特征提取。通过野外场地实验,采集到2种装甲目标在不同运行速度下的40组样本信号,采用改进C-C法求得信号时间序列的相空间重构参数——时延和嵌入维,再利用Wolf法得到了2种目标声信号的混沌特征量——最大Lyapunov指数。结果显示：同一目标声信号的最大Lyapunov指数相近,且与运动状态相关性不大;不同目标间声信号的最大Lyapunov指数相差较大,辨识度较高。结论证明,最大Lyapunov指数可以作为地面装甲目标识别的有效特征参量。     

页岩声发射RA值及其分形特征的试验研究

对页岩进行常规三轴压缩条件下的声发射试验,得到其声发射RA值时间序列,并利用MATLAB编程计算其关联维数,得到分形维数与时间的耦合关系,采用分形理论对其进行分析,以研究页岩在常规三轴压缩破坏过程中的微观机制及其分形特征。结果表明:1)页岩在常规三轴压缩破坏过程中的裂纹为张剪复合裂纹,并以剪切裂纹为主,张裂纹主要出现在峰值强度前后,并且随着围压的升高,张裂纹数量明显减少,这说明围压能够抑制张裂纹的产生。2)页岩声发射RA值在时域上具有自相似特征,具有分形特征,其分形维数演化模式为:上升—突降—波动。3)声发射RA值的分形维数在初期上升,表明岩石内部先是微小裂纹无序扩展,并融合贯通成破裂面,此时分形维数突降,表明裂纹沿破裂面有序地扩展,岩石产生宏观裂纹,预示着岩石即将发生破坏,因此可以将分形维数的首次突降作为岩体失稳破坏的前兆。     

基于深度特征提取神经网络的滚动轴承故障诊断

滚动轴承作为旋转机械的重要组成部分,其运行安全性受到大量关注,但传统的基于信号处理的时频分析故障诊断方法较为依赖专家知识从而难以广泛应用。结合应用较广的卷积神经网络和长短时记忆网络模型的优点-自动提取振动信号的深层特征信息以及可识别所提取的长时连续的振动信号时序特征信息,提出一种深度特征提取神经网络模型,将原始的振动信号作为模型输入,进而通过多层卷积与长短时记忆网络对振动信号进行故障特征信息提取,可以有效提取滚动轴承振动信号中的深层时序故障特征信息,进而准确辨识滚动轴承不同的故障模式,并且避免了复杂的信号预处理与人工进行信号特征提取的过程。通过凯斯西储大学滚动轴承故障实验的10类健康状态数据验证了所提方法的有效性,并对实验结果进行分析,解释了在迭代过程中出现精度波动的可能原因。     

转轮叶片裂纹声发射信号的特征提取及其传输

为了实现水轮机转轮叶片裂纹在线监测,本文对基于DSP的转轮裂纹声发射检测系统进行了软件和硬件设计,实现了对金属裂纹声发射信号进行分析并提取其信号的特征参数,然后通过蓝牙模块将特征参数传到上位机.经实验测试表明提取的声发射信号特征参数有效,数据传输误码率低.     

增强组合差分乘积形态学滤波的轴承故障特征提取方法

针对滚动轴承故障信号的非线性、非平稳、强噪声特性导致的常规时频域特征提取方法受限问题,提出一种增强组合差分乘积形态学滤波的轴承故障特征提取方法。在分析数学形态学4种基本运算的正、负冲击脉冲提取特性的基础上,运用级联、差分、乘积构造的一种新的组合差分乘积算子(combination difference multiply operator, CDMO)具备了同时提取正、负冲击脉冲的能力,并发挥梯度乘积运算对脉冲提取更敏感的优势,实现故障信息的充分提取。引入故障特征频率比指标优化CDMO结构元素参数,修正待处理信号的几何特征,提取与结构元素相匹配的信号特征信息。在CDMO滤波的基础上,借助三阶累积量切片谱技术能够抑制高斯噪声、突出二次耦合分量的优势,准确提取故障特征频率及其倍频,增强轴承故障特征提取能力并抑制噪声干扰。依托2种不同来源的工程实际信号并与经典故障特征提取方法对比分析,验证了所提方法的有效性。     

Higher order moment spectra time-frequency analysis of the geophysical signal

On the basis of an introduction of the Wigner Higher-Order spectra (WHOS) and a general class of time-frequency higher-order moment spectra, the geophysical signal was analyzed using the higher order time-frequency distributions (TFD). Simulation results obtained in this paper show that the higher-order TFD (Wigner Bispectrum, Wigner Trispectrum and Choi-Williams Trispectrum) have much better Time-Frequency Concentration than the second-order TFD, and the reduced interference higher-order TFD such as CWT can effectively reduce the cross-term in multicomponent signals and simultaneously obtain high time-frequency concentration. Foundation item; Supported by the National Natural Science Foundation of China (49904010) Biography: Liu Xiang-hong (1977-), female, Master candidate, research interest: modern signal processing.     

ACCC导线碳纤维复合芯损伤声发射信号研究

参照"QJ 2099—1991三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法"标准,针对ACCC导线碳纤维复合芯弯曲应力损伤,对试验件进行三点弯曲试验,并同步对损伤进行声发射检测。通过声发射信号时域分析和频域分析方法,找出在不同应力损伤与声发射信号功率谱频率之间的对应关系。试验结果表明:树脂基体断裂和碳纤维断裂有明显不同特征,声发射采集的功率谱频率相差很大,树脂基体断裂的功率谱频率在150 kHz左右,碳纤维断裂的功率谱频率在250 kHz左右。声发射仪接收到功率谱低频率为主,则碳纤维复合芯的树脂基体有断裂;声发射仪接收到功率谱以高频率为主,则复合芯的碳纤维有断裂。     

三轴压缩下含瓦斯煤样破坏过程的声发射特性

为找到含瓦斯煤样破坏过程与声发射特性之间的关系,以曾经发生过煤与瓦斯突出事故且依然存在突出危险的煤样为研究对象,对其在饱和瓦斯、不同瓦斯压力和不同围压作用下的声发射特性进行研究。结果表明：含饱和瓦斯煤样随着破坏程度的加剧声发射事件振幅增多且增大,声发射事件撞击数呈增长趋势,声发射事件能量增加;随着瓦斯压力的增加,煤样破坏过程中的AE事件的幅值减小、AE事件撞击的总数减少、AE事件的平均能量降低;随着围压的增加,AE事件的幅值呈现减小、能量呈现上升、撞击数呈减少的趋势。该结论可以为预测煤与瓦斯突出提供参考。     

胶合板加载损伤的声发射信号小波包特征提取

为识别胶合板的不同损伤类型,将小波包时频分析与能量谱相结合,提出基于时频和频段能量占比的胶合板损伤声发射信号特征提取方法。结果表明:3层胶合板表板断裂信号以膨胀波和弯曲波模式并举,频谱较宽,能量主要集中在小波能量谱的第1、2、3、4和7频段;5层胶合板表板断裂信号频率单一,幅值较高,以膨胀波为主;整板断裂主要以弯曲波模式为主,频率较低,能量多集中于第1、2频段;脱胶和3层板整板断裂信号波形为膨胀波和弯曲波混合型,弯曲波为主,能量多集中于第1、2、3、4频段。实验表明,频谱、小波包时频、小波包能量谱联合分析,能够识别各种加载破坏形式对应的声发射信号特征。     

声发射信号处理技术及其在滚动轴承检测中的应用现状

声发射技术在滚动轴承的检测中得到了广泛应用,声发射信号处理是检测中的关键技术问题,常用的声发射信号处理技术有参数分析、波形分析、小波分析、模式识别等等。综述了21世纪以来声发射信号处理技术在滚动轴承检测中应用现状,国内外学者在将各种声发射信号处理技术应用于滚动轴承检测方面做了大量研究且取得了一定程度上的研究成果。需要进一步研究的内容是规范各种工况下声发射信号处理方法并设计标准的声发射信号处理平台。     

LMD和改进小波阈值去噪的轴承声发射信号故障诊断

针对机械故障声发射信号特征提取的问题,提出了一种局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和改进的小波阈值去噪相结合的方法;并应用于滚动轴承的故障诊断。首先,把改进小波阈值与三种小波阈值去噪方法进行比较分析。通过仿真信号表明,改进小波阈值方法能更为有效地去除噪声。其次,采用LMD方法将原始轴承故障的声发射信号分解,分解为若干个乘积函数(production function,PF)的线性组合,通过相关系数原则选取能够反映故障特征的PF分量,利用改进小波阈值去噪法对选出的PF分量进行进一步去噪。最后,对去噪后的声发射信号进行包络谱分析,诊断轴承故障的位置。通过滚动轴承单一故障和耦合故障的声发射实验验证了该方法的有效性。     

声发射技术在管道泄漏检测中的应用

传统的管道泄漏检测法如负压波诊断法要求有很强的实时性,常因不能及时捕捉到泄漏信号而造成诊断失败,而声发射检测技术作为一种成熟的无损检测方法,可根据泄漏时流体与泄漏孔隙产生的声发射信号判断泄漏,实现对泄漏信号的连续捕捉,在检测原理上有很大的优势。利用声发射技术对管道泄漏检测进行了试验研究,通过对声发射信号进行时频域分析,实现了对泄漏信号的有效识别。试验结果表明,泄漏发生时的声发射能量主要集中在140-160 kHz,随着泄漏距离的增加,在200 kHz处的声发射能量将产生较大的衰减,从而验证了应用声发射技术进行管道泄漏检测的可行性。     

钢筋混凝土梁弯曲破坏时声发射信号能量特征及其辅助定位

为了得到钢筋混凝土梁在弯曲破坏时声发射能量特征,对钢筋混凝土梁进行了弯曲破坏实验,捕捉实时能量特征。加载方式分为直接加载至破坏和分段加载至破坏两种方式。通过分析捕获的实时声发射信号能量信息以及整个加载阶段钢筋混凝土梁的能量释放特征,对钢筋混凝土梁的损伤断裂进行了预示。加载之前进行了断铅实验,进行了能量辅助定位,并获得了较好的精度。     

储罐底板钢点蚀过程中声发射信号的聚类分析

联合采用声发射和电化学技术研究储罐底板钢试样在w(NaCl)=3.0%,pH=2.0的酸性溶液中的点蚀特征,基于K-均值聚类算法对点蚀声发射信号特征参数进行聚类分析,从而提取各类信号的自身特征。将分类后的信号作为样本训练BP人工神经网络,成功对平行试验采集的声发射信号进行识别。研究结果表明,底板钢在酸性条件下的点蚀过程主要产生氢气泡、膜破裂和蚀坑生长这3类典型的声发射信号,通过聚类方法可以区分这3类信号,并能用神经网络对声发射源进行有效识别。这对现场常压金属储罐底板腐蚀声发射检测结果的解释和评价具有指导意义,有助于提高检测结果可靠性,降低储罐运行风险,保证其运行安全。     

钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特征试验研究

对原型钢筋混凝土简支梁进行了跨中集中力加载破坏的声发射试验,根据声发射信号的特点及试验全过程的声发射信号的能量—平均频率关联图,分析了简支梁破坏过程中的平均频率分布范围及变化特点,确定了声发射参数统计分析方法及滤波范围,并通过钢筋拔出试验从能量的角度对声发射信号的突变点进行了解释,得出了简支梁破坏过程中声发射参数的变化规律。在此基础上,对声发射在监测钢筋混凝土梁的破坏、预测梁极限承载力两方面的应用进行了初步探讨。     

外耳形状特征和内耳结构特征结合的人耳特征提取

针对人耳的生物特征提出了一种人耳的形状特征和结构特征相结合的识别方法. 首先提取外耳最长轴,即外耳轮廓边缘点的最长连线. 利用外耳长轴把外耳曲线分成两部分,用最小二乘法对这两段曲线分别进行多项式曲线拟合,拟合多项式函数的系数作为外耳特征向量. 同时长轴与内耳曲线的交点作为内耳特征点,特征点之间连线的长度与长轴长度的比值作为内耳特征向量. 长轴的相对不变性保证了特征向量具有缩放、平移和旋转不变性. 实验结果表明此方法在噪声情况下具有较强的鲁棒性.     

混凝土材料声发射技术研究

总结了混凝土材料声发射技术研究的历史及现状,对混凝土材料声发射机理、声发射参数与力学参数间的关系、声发射在断裂力学中的应用、混凝土材料的凯塞效应以及新的理论与方法在声发射领域的应用等问题进行了评价与展望.     

噪声环境下基于小波熵的声发射识别

针对声发射技术在旋转机械故障检测中的强噪声干扰问题,提出了一种基于小波熵的声发射检测算法.该算法首先给定一个合理的阈值.对声发射信号进行小波分解.然后进行分帧处理,使信号在较短的时间间隔内保持特性基本不变,从而求出每一帧信号的小波熵.通过比较每一帧信号的小波熵值与阈值的大小,判断该信号为声发射帧还是噪声帧.为了检验算法的检测效果,在转子实验台上获得碰摩声发射信号.并在测试数据上叠加不同信噪比的高斯白噪声和非平稳噪声,进行声发射识别.实验结果表明:该算法具有较高的识别正确率;在低信噪比环境下,通过调整阈值的可调参数可以有效提高识别的正确率.     

岩体声发射混沌动力学

采用混沌动力学研究了岩体声发射活动规律,并提出了岩体声发射时间序列确定性检验方法;计算了在岩体变形与破坏过程中不同阶段声发射混沌吸引子,分析了各阶段混沌吸引子变化规律;将混沌与神经网络相结合,建立了岩体声发射预测模型.此外,对工程岩体声发射进行监测,对测量数据进行了自适应滤波去噪处理.研究结果表明:工程岩体声发射活动存在4个不同的阶段:声发射稳定期,声发射活动初期,声发射活动加剧期和活动反转期.岩体破坏出现在声发射活动反转期,在此阶段声发射出现反常,混沌吸引子D减小;混沌动力学能反映岩体的声发射活动特征,所建立的模型能预测和分析工程岩体稳定性.