基于光纤传感器的声发射检测系统性能测试

作为最有潜力替代常规压电传感器的光纤声发射检测方法之一,光纤布拉格光栅(FBG)传感器由于其体积小、抗电磁干扰、易实现分布式检测等特点,已成为国内外研究热点,并出现了商用FBG声发射检测产品。为了更深入地理解FBG传感器的检测效果和应用特性,采用落球实验作为测试用的声发射源,分析了FBG传感系统的声发射信号检测性能,并对比了FBG传感器和压电传感器2种声发射检测系统的时频域响应特性。实验结果表明,信号采样频率范围偏低是制约FBG光纤检测技术在声发射检测上应用的最大障碍。     

金属裂纹扩展声发射信号特性研究

机械结构件中的应力集中使得结构极易产生裂纹并逐渐扩展,裂纹扩展时伴有声发射信号,因此有必要对结构件中裂纹扩展时的声发射信号进行特征研究。为研究金属板件中的裂纹声发射源特征行为,通过分析板件中的裂纹声发射源,从理论上推导了裂纹声发射的幅值和频率特征表达式。在裂纹扩展过程中,金属板件的裂纹声发射信号幅值与声发射源的开裂长度和拉伸应力的乘积成正比,频率与裂纹开裂速度成反比,且与裂纹开裂长度成正比。用声发射检测系统对预制有初始裂纹的金属板件进行拉伸状态下的声发射监测,通过对声发射信号求取功率谱密度估计,实现不同声发射信号以功率谱在频域的分布为信号特征的有效区分。实验结果与理论分析相符合,研究结果对金属板件的裂纹声发射检测技术具有重要意义。     

基于声发射信号的钢桶泄漏特性试验研究

基于企业验漏需求,设计搭建了钢桶泄漏试验台和钢桶泄漏声发射信号检测系统。通过实验研究了不同泄漏工况下,钢桶泄漏产生的声发射信号特性。试验表明钢桶泄漏声发射信号频域特征出现在90~100k Hz。通过小波包分解,提取了90~100k Hz频段的能量作为泄漏特征。得到了钢桶的泄漏能量特征和信号均方根值(RMS)随泄漏孔径尺寸、钢桶内部加压压力和声发射传感器位置的变化规律。建立了基于钢桶声发射信号的泄漏检测规则,为实际应用过程中选择泄漏特征参数、加压压力和选择传感器位置及个数提供了参考。     

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

针对传统声发射源定位中，声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大，导致声发射源定位效果较差，提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论，携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中，具有频散现象和多模态特性。因此，声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法，在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间；并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度，从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验，证明了该定位算法的有效性。     

基于声发射技术的螺栓状态监测研究

利用声发射技术监测螺栓工作过程中的状态变化,对声发射检测信号进行时域、频域及小波分析。结果表明,螺栓由于塑性变形和断裂引起的声发射频率明显区别于振动、撞击、摩擦等所产生的频率,验证了声发射技术用于连接螺栓状态辨识的可行性。     

复合叠层材料制孔过叠层阶段声发射分析

复合叠层材料钻孔加工时,伴随着刀具的磨损,会产生丰富的声发射信号。刀具在加工叠层材料接触面时会引起声发射信号突变,为研究该过程信号的突变规律,采用硬质合金钻头与碳纤维复合材料-铝合金叠层板件开展了一系列实验,采集制孔过程中刀具的声发射信号,对信号进行了时频域多分辨率分析。研究表明,在刀具从复合材料加工至铝合金过程中,信号强度逐渐降低,高频段成份逐渐增加。     

基于声发射信号的铣削加工表面粗糙度预测技术研究

使用声发射技术对铣削过程进行监测,通过对声发射信号进行频域分析,比较不同频段的能量比来在线预测加工后的表面粗糙度.     

基于声发射的带锯条磨损在线监测试验研究

通过实时监测带锯条锯齿的工作状态,可以预防锯齿磨损带来的斜切、切削效率降低等问题。本文采用声发射在线监测系统采集和分析锯切过程的声信号,基于时域和频域特征分析提取带锯条全生命周期的磨损信号特征,实时判断带锯条的初始剧烈磨损时间。研究表明:通过分析时域信号可知,在剧烈磨损的临界阶段会出现声发射信号峰值和均值突变的情况;通过分析频域信号可知,初始剧烈磨损会导致峰值信号频率发生突变,初始剧烈磨损前声发射峰值信号频率稳定在30000Hz左右,初始剧烈磨损后声发射峰值信号频率稳定在15000Hz左右。因此,可基于信号突变的特征判断带锯条的初始剧烈磨损时间,避免斜切现象的发生,为带锯条锯齿磨损提供有效的在线监测技术思路。     

DP780胶接点焊试件拉伸损伤过程的声发射特征分析

针对1.2 mm厚的DP780高强钢板,进行胶接点焊响应面实验.采集胶焊接头拉伸过程的声发射信号,拟合拉伸过程撞击计数的历程图,对信号进行小波包分解并分析归一化能量特征,对比分析胶焊接头界面撕裂与基板撕裂失效形式声发射信号时域及频域特征,并建立胶层失效时的累计撞击计数与焊接工艺参数之间的回归模型.结果表明:界面撕裂与基板撕裂失效形式在屈服和断裂阶段产生声发射信号,且两种失效形式对应阶段频率分布相似,屈服阶段与断裂瞬间频率分别分布于31.25～281.25 kHz和31.25～125 kHz,但界面撕裂失效在胶层断裂瞬间比基板撕裂失效产生更多组声发射信号;胶层失效时累计撞击计数与焊接电流存在负相关性.     

不同小波基在碳钢材料声发射信号分析中的应用

为研究不同小波基对同一声发射信号分析结果之间的可比性,以碳钢在塑性变形和裂纹扩展时产生的声发射信号为研究对象,用db5和sym5两种常用小波基对检测信号进行了分析对比.结果表明,对碳钢在塑性变形和裂纹扩展时产生声发射信号,2种小波变换在信号能量分布趋势上分析结果一致,在主要信号峰值对应频率上分析结果接近,平均相对偏差仅为1.53%,而在各级信号占能量比例的具体值和信号峰值上偏差较大,平均相对偏差在10%左右,可比性较差.     

On-line measurement of the size distribution of particles in a gas–solid two-phase flow through acoustic sensing and advanced signal analysis

Acoustic emission (AE) technology is a promising approach to non-intrusively measure the size distribution of particles in a pneumatic suspension. This paper presents an experimental study of the AE sensing technology coupled with signal processing algorithms for on-line particle sizing. The frequency characteristics of the AE signals under different experimental conditions are studied and compared. Initially, the characteristics of the background noise and AE signals are compared in the frequency domain for different air velocities and particle feeding rates. Through short-term energy analysis the working features of the suction unit and the vibration feeder are revealed. To find the effective characteristic frequency band of the AE signals, a multiple scanning and accumulation method assisted with a Savitzky–Golay smoothing filter is used to denoise the power spectra of the signals. Wavelet analysis is also deployed to denoise the signals. The denoising performance of different wavelet parameters (wavelet function, decomposition level and thresholding) is compared in terms of signal-to-noise ratio and signal smoothness. Finally, particle size is predicted through a neural network with energy fraction extracted through wavelet analysis. Experimental results demonstrate that the relative error of the particle sizing system is no greater than 23%.     

基于小波能谱系数的风力机疲劳裂纹特征

提出了风力机叶片裂纹扩展声发射信号的优化小波重分配尺度谱及小波能谱系数相结合的分析法。基于Shannon熵理论计算裂纹扩展声发射信号的重分配尺度谱小波基函数带宽参数,得到最适合裂纹声发射信号的Morlet小波基函数。用优化后的小波基函数计算重分配尺度谱,获得裂纹扩展特征成分在时间尺度平面的高幅值能量分布,利用特征能谱系数表征其重分配尺度谱的特征。实验结果表明,该方法有良好的时频聚集性和抗噪能力,实现了风力机叶片裂纹扩展声发射信号的时频特征提取,得到了能谱系数作为特征向量表示信号特征。该方法可用来实现风力机叶片在复杂环境中的模式识别。     

基于小波包变换的FRP容器爆破声发射信号分析

对FRP复合材料容器进行水压爆破的力学性能实验,采集FRP复合材料容器在受压损伤和爆破过程中的声发射信号。基于小波包变换对复合材料容器爆破声发射信号进行时频对比分析,由能量在频段上的分布情况,得出爆破信号特征。     

Characterization of nugget nucleation quality based on the structure-borne acoustic emission signals detected during resistance spot welding process

Acoustic emission signals detected during the resistance spot welding of aluminum alloy were studied in order to assess the characterizations of welding process, the characterizations of the effect of welding parameters to nugget nucleation and the characterizations of the nugget quality by the analysis to acoustic emission signals. The results showed that the physical phases of nugget nucleation can be characterized by the acoustic emission signals detected during the resistance spot welding process. The effects of welding current and current duration to nugget nucleation can be characterized by the characteristic parameters of acoustic emission signals. The characteristic parameters of acoustic emission signals had a better relevance to nugget dimensions and weld strength, which made it possible to measure or predict the weld strength by the characteristic parameters of acoustic emission signals detected during the resistance spot welding process.     

运用BF-HHT的转子径向碰摩故障特征提取方法

针对现有希尔伯特-黄变换(HHT)方法在进行特征提取时,估算部分多频固有模式函数(IMF)瞬时频率不准确的问题,提出了一种基于带通滤波的希尔伯特-黄变换算法(BF-HHT)。该算法首先确定信号主要能量所在频率;然后以这组主要能量所在频率为中心频率设计一组带通滤波器,对原信号进行滤波;最后用HHT方法提取信号的时频特征。转子试验台和实际机组的径向碰摩故障信号的试验与分析结果表明,BF-HHT算法不仅能准确提取到转子径向碰摩故障信号中出现的频率成分,而且能对故障特征频率出现或消失的时刻精确定位,其特征提取效果明显优于HHT方法。     

Identification of two-phase flow pattern in porous media based on signal feature extraction

The statistical analysis methods based on differential pressure signals of two-phase flow are employed in the present study to identify the flow patterns in packed porous bed. The typical flow pattern images of two-phase flow in the packed porous beds are recognized and the corresponding differential pressure signals are recorded based on the visualization experiments. Then the statistical analysis methods, including probability density function (PDF), power spectral density (PSD), and wavelet energy spectrum (WES), are employed to extract the features of differential pressure signals in the time domain, frequency domain, and time-frequency domain respectively. The dimensionless parameters are proposed as the evaluation index to quantify the differences among flow patterns. The results show that the PDF, PSD, and WES methods can effectively characterize different flow patterns in the time, frequency, and time-frequency domain, respectively. The comprehensive recognition efficiency is about 88.5% using the introduced dimensionless parameters.     

声发射信号处理在轮轴故障检测中的应用研究

声发射（Acoustic Emission）可以定义为物体或材料内部迅速释放能量而产生瞬态弹性波的一种物理现象,是材料或结构受内力或外力作用产生变形或断裂,以弹性波的形式释放出应变能的结果。在基于虚拟仪器的轮轴故障检测分析平台中,可实现对声发射信号的时域分析、频谱分析、参数分析、小波去噪等主要功能。通过该平台,对具有典型状态的滚动轴承的声发射信号进行了试验研究。试验研究结果表明,对于不同状态的轴承,所测取的声发射信号包络频率特征有着明显的不同,并且和理论特征频率有着一定的关系。     

基于Hilbert-Huang变换和时频域参数的机车轴承故障诊断

提出了基于Hilbert-Huang变换和时频域参数指标相结合的机车轴承故障诊断方法,分别对时频域参数指标诊断方法、Hilbert-Huang变换诊断方法进行了理论分析和研究,通过试验验证了此方法能有效提取机车轴承的故障特征频率。     

基于Lamb波的复合材料结构损伤成像研究

本文基于Lamb波和时频分析方法，提出了一种损伤成像方法，对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，得到Lamb波的理论速度分布，为损伤成像提供基准信息；然后采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析，提取特征信息，得到散射波的能量分布；在此基础上通过考虑各向异性对Lamb波传播速度的影响，将散射波的能量分布与各个像素点的对比度关联起来，得到损伤的图像，将损伤的情况可视化。同时建立了原型结构健康监测系统，实验研究表明了本文所提出方法的可应用性和有效性。     

非下采样轮廓波变换在故障分类中的应用

基于非下采样轮廓波变换的多尺度分解和多方向分解的特性,提出一种用于时频图像特征提取的方法。首先,将振动信号变换到时频域得到时频图像,并利用Matlab将得到的时频图像转换为灰度图像;其次,对该图像进行非下采样轮廓波变换,得到其高频和低频子带,根据高频子带和低频子带所包含信息不同,研究不同的特征提取方法,笔者提取高频子带的能量和低频子带的均值、标准差作为特征值;最后,利用支持向量机(support vector machine,简称SVM)对齿轮箱的不同程度故障以及滚动轴承故障进行分类测试。实验结果验证了该方法提取时频图像特征量的有效性,为设备的状态识别提供了一种有效的方法。