局域波法在海洋平台结构声发射信号监测中的应用

摘要：将局域波用于分析导管架海洋平台模型的声发射信号,以获得声发射信号的时频特征和频率能量分布。通过局域波分解将声发射信号分解为一组基本模式分量（IMF）,对每一个IMF分量进行希尔伯特变换获得信号能量随时间频率的变化;由局域波时频谱得到边际谱,反映声发射信号的能量频率分布特征。通过分析导管架海洋平台模型模拟声发射信号,获得了特征,运用局域波分析方法监测到导管架海洋平台预制裂纹声发射信号的出现。因此,局域波法可以用于分析导管架海洋平台的声发射信号,在声发射信号处理领域将会有广阔的应用前景。     

广义S变换评价材料早期疲劳损伤的声发射信号处理技术

为实现材料早期疲劳损伤程度的评价,提出以改进的Marr子波为核函数的广义S变换,结合时频图的信息量量化的声发射信号处理方法。搭建金属疲劳损伤在线声发射检测系统,采集金属材料早期结构疲劳损伤下的声发射信号,再对典型的声发射信号进行广义S变换处理来验证该研究中的广义S变换具有更高的时频分辨率,然后对金属疲劳过程中包含高应力和低应力状态下的声发射信号进行高分辨的时频分析,从而得到随着疲劳周期数增加的较准确、清晰的时频图;采用信息熵的量化方法对具有高分辨的时频图进行信息熵的量化。实验表明,上述信号处理方法可获得金属材料在早期结构疲劳损伤的时频信息变化特征,为用于建筑工程、桥梁结构构件常用钢材疲劳过程中的声发射检测及早期疲劳损伤程度加剧提供参考依据。     

基于频域形态滤波的低速滚动轴承声发射信号降噪新方法

声发射检测技术以其灵敏度高、频响范围宽、信息量大等优点,为机械故障诊断提供了一条新的检测途径,但应用于旋转机械设备时,容易混入各种有色噪声。当噪声频率与声发射信号重叠时,传统的降噪方法难以满足要求。将形态滤波应用到信号频域,可以有效消除有色噪声的干扰。根据声发射频响特性,对频谱进行拟合平滑高斯白噪声的影响,最后重构到时域。仿真和实际低速轴承信号表明此方法具有较好的降噪效果,有利于信号后续的处理和分析。     

基于平均频谱的储油罐罐底腐蚀声发射特征分析

针对声发射(AE)罐底检测过程中传统分析方法无法准确判断储油罐罐底腐蚀区域腐蚀程度的问题,提出了基于平均频谱的储油罐罐底腐蚀声发射特征分析方法,用于判断储油罐罐底板腐蚀类型.该方法利用平均值原理,分别求出罐底板不同腐蚀区域的平均频谱,再通过傅里叶逆变换得到该区域的平均波形,以此来表征腐蚀区域占主导地位的声发射信号特征.为了验证分析方法的有效性,进行了现场储油罐检测实验,实验过程中应用护卫传感器屏蔽罐内噪声干扰.实验结果表明,护卫传感器可以有效屏蔽大量罐内噪声信号,使定位结果更加准确.应用护卫传感器所得到的定位结果与开罐检测结果基本一致.在获得准确的声发射定位结果的前提下,应用基于平均频谱的分析方法,可以有效识别不同腐蚀类型,进而准确判断出罐底腐蚀程度.     

Gabor变换在声发射信号特征提取中的应用

机械故障或损伤引发的声发射(AE)信号由高频突发脉冲信号和长周期准平稳噪声信号组成,Gabor变换特有的时频局域化特性适于描述其时频特征.通过分析典型AE信号及其特征提取,将Gabor变换引入到声发射故障诊断领域,并提出了AE信号的Gaber变换分析法.通过理论分析和仿真,比较了Gabor变换和Wigner-Ville分布(WVD)提取AE信号特征的效果.研究了Gabor变换在强噪声背景下的抑噪能力,并给出了AE信号Gabor变换窗长的选取方法,从而有效克服了Gabor变换只用一个固定窗分析多尺度信号的缺陷.将Gabor变换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了Gabor变换能有效提取AE信号的特征,为AE信号的波形分析开辟了一条有效的途径.     

基于HHT的管道阀门内漏声发射检测研究

针对管道阀门内漏声发射信号的非平稳特征,提出将总体平均经验模式分解(EEMD)和希尔伯特变换相结合的希尔伯特黄变换(HHT)方法应用于管道阀门内漏声发射检测中。利用EEMD方法将阀门内漏声发射信号自适应分解为一簇本征模态函数(IMF),并对分解后的信号进行Hilbert谱和HHT边际谱分析,可以提取到阀门内漏声发射信号的本质特征,突破常规时频分析的非线性信号局限性以及经验模式分解(EMD)造成的模态混叠现象;相比于STFT频谱,Hilbert谱具有较高的时频分辨率,最后对信号的Hilbert边际谱分析确定了内漏信号的主要作用频率。该方法可以有效的应用于阀门内漏声发射检测中。     

小波变换和EEMD-马氏距离的轴承故障诊断

机械故障的声发射信号中往往掺杂着各种干扰和噪声,为解决这一问题,提出了小波变换、集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和马氏距离相结合的滚动轴承故障诊断方法;首次将马氏距离引入到轴承声发射信号的故障诊断中。该方法首先对故障轴承的声发射信号进行小波去噪处理,再对去噪后的信号进行EEMD分解,将其分解为多个固有模式函数(简称IMF)。其次采用马氏距离的方法消除EEMD分解结果中的虚假分量,提取能够反映轴承故障特征的IMF分量,突出高频共振成分。最后,通过瞬时Teager能量的Fourier频谱识别轴承故障的特征频率。仿真信号和滚动轴承外圈声发射信号的实例分析表明:此方法能很好地去除混杂在轴承声发射信号中的噪声,准确地识别出轴承故障的部位。     

基于小波包时频图特征和卷积神经网络的水声信号分类

水下声信号分类是水声学研究的一个重要方向.一个有效的特征提取和分类决策方法对水声信号分类技术至关重要.文章将鱼声、商船辐射噪声和风关噪声三类实测的水声信号在小波包分解的基础上提取时频图特征,并搭建了一个七层结构的卷积神经网络作为分类器.研究结果表明:三种水声信号的小波包时频图特征结合卷积神经网络在不同测试集可达到(98...     

广义S变换钢材拉伸损伤声发射评价方法

声发射技术具有实时动态监测的优点,因此其应用越来越广泛,但采用声发射技术对材料和结构的损伤进行定量评估及寿命预测还没有解决办法。提出采用广义S变换对钢材声发射检测信号进行时频分析,通过分析信号时频特征可达到评价钢材损伤各个阶段的目的。首先通过理论分析和仿真信号处理研究,验证广义S变换具有更高时频分辨率;然后在钢材拉伸实验中建立声发射监测系统,采集钢材拉伸损伤各个力学阶段的声发射信号进行时域和频域特征分析;最后采用广义S变换处理,通过时频处理结果可获得钢材在各个损伤阶段的有明显差异的声发射信号时频特征,可为今后钢材使用过程中的损伤定量和寿命预测提供可靠参考依据。     

基于聚类分析的罐底声发射检测信号融合方法

采用声发射技术进行罐底腐蚀与泄漏检测过程中,需要对多个传感器的检测到的声发射信号进行融合处理,将属于同一声发射源的声发射信号判定为一个声发射事件。但是在现场检测过程中,由于噪声的存在,使得在声发射信号融合处理时容易对声发射源产生误判。针对该问题,提出了一种基于聚类分析的罐底声发射信号融合方法,其基本原理是先根据事件定义时间进行初始声发射事件判定,然后采用聚类分析方法对初始声发射事件中的信号进行分类,将每一类信号分别判定为一个声发射源。现场实验表明采用该方法抗噪声干扰能力强、误判概率低,能准确反应罐底腐蚀的实际情况。     

基于EEMD-SCBSS的岩石声发射信号去噪方法

针对岩石声发射(AE)信号的低信噪比、随机性强、非平稳性等特点,提出了一种基于总体经验模态(EEMD)及单通道盲源分离(SCBSS)的AE信号滤波方法。将含有背景噪声的AE信号进行EEMD分解,得到一系列按频率从高到低排列的本征模函数(IMF);提取高频背景噪声信号与观测信号构建虚拟多通道观测信号;利用快速不动点优化算法(FastICA)对构建的虚拟多通道观测信号进行盲源分离(BSS),进而得到滤波后的AE信号。通过构造含噪声AE信号进行数值仿真实验及实测数据分析,将基于EEMD及SCBSS滤波方法与小波阈值滤波方法进行比较。实验结果表明:小波阈值滤波方法会导致滤波后的AE信号频域信息失真,影响滤波后的AE信号上升时间,能量等参数识别;该方法可以对含噪声AE信号进行有效地滤波处理,能够较好地滤除AE信号中的非平稳随机噪声,并且能够保护滤波后的AE信号频域信息。     

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。     

小波分析和相平面在声发射信号处理中的应用

为了精确地获取声发射源信息,必须采取有效手段对声发射信号进行分析。小波分析同时具有时-频局部化的优良特性,用小波自适应地对声发射信号进行多分辨率的分解,在相平面中绘制系数能量图可以同时直观地观察声发射信号的频率、时间、能量等信息。同时,相平面系数能量图也为小波重构声发射信号提供了理论依据,在此基础上重构的声发射信号排除了其它信号的干扰,更能表征声发射源信息,对声发射源的分析有重要的意义。     

基于小波变换与统计分析的转子碰摩声发射特性研究

为解决转子碰摩损伤声发射信号分类及解释难题,应用PCI-2声发射系统和WS-ZHT1型多功能转子实验台组成转子碰摩声发射检测系统,采集转子局部碰摩声发射信号,通过理论分析声发射信号特征和小波基函数性质,dB8小波适合提取声发射信号特征;碰摩产生大量声发射信号,大量声发射信号的统计特性蕴涵较多碰摩信息。对不同转速条件下不同检测位置碰摩声发射信号的统计分析表明,声发射信号的功率谱密度集中在100～400 kHz。声发射信号平均幅值、平均能量可作为区分转子碰摩程度特征参数;功率谱主频可作为区分声发射相对位置特征参数,结论与碰摩类型无关。     

Use of Spectral Kurtosis for Improving Signal to Noise Ratio of Acoustic Emission Signal from Defective Bearings

The use of acoustic emission (AE) to monitor the condition of roller bearings in rotating machinery is growing in popularity. This investigation is centered on the application of spectral kurtosis (SK) as a denoising tool able to enhance the bearing fault features from an AE signal. This methodology was applied to AE signals acquired from an experimental investigation where different size defects were seeded on a roller bearing. The results suggest that the signal to noise ratio can be significantly improved using SK.     

EMD信号分析方法的声发射管道泄漏检测研究

针对管道泄漏声发射检测信号的非平稳特征,提出了基于经验模态分解(EMD)的信号分析方法。该信号分析方法将管道泄漏产生的声发射信号通过EMD分解为多个平稳的固有模态函数(IMF)之和,选择包含声发射特征的若干IMF分量进行重构,可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征,消除噪声信号的干扰。通过对重构后的信号进行互相关分析计算,使基于声发射方法的管道泄漏检测的定位精度得到较大提高,验证了Hilbert-Huang变换是表征声发射信号的非平稳特征及信号参数提取的有效工具。     

Acoustic Emission Monitoring and Microscopic Investigation of Cracks in ERCuNi Cladding

A corrosion resistant CuNi cladding was deposited on SM45C (equivalent to AISI1045) substrate by DC inverse arc welding. During the welding process, a three channel acoustic emission (AE) monitoring system was applied to detect the crack signals generating from both the cladding process and after cladding. Characteristics of the welding crack signal and noise signal had been analyzed systematically. Based on the record time of the signal, the solidification crack and delayed crack were distinguished. By two-dimensional AE source location, the crack position was located,and then investigated by scanning electron microscopy (SEM). Results showed that the AE system could detect the welding crack with high sensitivity and the two-dimensional source location could accurately determine the crack position. Microstructures of the cladding and heat affected zone (HAZ) were examined. Dendrites in the cladding and coarse grains in the HAZ were found.     

Monitoring of thermal shock induced crack growth in a feed water nozzle corner of a reactor pressure vessel by acoustic emission

In the framework of a reactor safety research programme, thermal shocking of a clad feed water nozzle has been carried out during simulated operating conditions (temperature = 300°C, pressure = 11 MPa). The objective of these trials is to contribute to the understanding of crack initation and propagation under realistic thermal shock conditions, and to monitor crack initiation and growth by NDT on-line as well as off-line. Up to now the nozzle corner has been shocked 5200 times. The shocked area was monitored by acoustic emission (AE). During the last 800 thermal shocks new AE equipment with optimized capabilities for detection, location of AE sources and interpretation of AE signals has been used. This AE system and the results obtained during the last 800 shocks will be described. One important result is that it is possible to separate crack-growth signals from friction noise of the cracks by signal analysis when the AE signals are received with broad-band transducers.     

压力容器声发射检验中信号去噪研究

压力容器作为工业系统中的重要设备,其安全运行直接影响工业生产的安全性.通过定期对压力容器进行声发射信号检测,可及早发现设备缺陷,保障安全生产.由于压力容器检验现场各种噪声普遍存在,导致采集的声发射信号严重失真甚至淹没在噪声信号中.通过研究小波阈值去噪,自适应滤波原理,采用小波-自适应联合滤波,进行含噪信号去噪处理.