基于时序分析的拉深件成型裂纹的特征参数提取

研究金属拉深制件声发射信号特征参数的提取对判断成型制件的质量尤为重要。研究采用时序分析和MATLAB对经过小波包分解的声发射信号进行特征参数的提取。在此过程中利用时间序列的自相关系数和偏相关系数的拖尾性及截尾性来判断模型的类型;采用FPE (final prediction error,最终预测误差0029准则对模型进行定阶;以最小二乘估计法对模型的参数进行估计。最后,根据所建立的自回归谱模型提取声发射信号的特征参数。研究结果是通过此方法成功提取到了金属拉深制件声发射信号的特征参数及其分布图,为成型制件质量的判断提供了有利的依据。     

超声声表面波检测信号时差的倒频谱分析

采用超声表面波检测激光熔覆层残余应力时, 表面波检测信号声时差的精确读取非常关键。传统的相关法无法精确地辨别表面超声波的声时差。文中提出基于复数倒频谱的表面超声波声时差辨别算法,采用该算法对计算机模拟信号和实际检测信号做了声时差分析,并与相关法的时间分析结果做了对比。计算机模拟和实验结果均表明,倒频谱分析方法是一种精度高,具有一定抗干扰能力的声时差估计算法。最后结合表面超声波检测信号的特点,从理论上分析了倒频谱分析方法优于相关法的原因。     

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。     

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。     

基于EMD的胶合板损伤声发射信号特征提取及神经网络模式识别

摘要：针对胶合板损伤声发射信号的非平稳性和损伤类别特征相互重叠的实际情况,提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)和BP神经网络相结合的信号特征提取和识别方法。首先对损伤声发射信号进行EMD分解,筛选出包含主要信息的本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF）分量;其次构建以各IMF分量的能量占比作为表征各损伤信号的特征向量;最后以提取的特征向量为输入样本,建立BP神经网络模式分类器对四类胶合板损伤信号进行识别。五层胶合板损伤的实测数据表明,该方法能够准确地提取出声发射信号特征并对其损伤类型进行有效地识别。     

基于信号共振稀疏分解与重分配小波尺度谱的转子碰摩故障诊断方法

提出了基于信号共振稀疏分解与重分配小波尺度谱的转子碰摩故障诊断方法。与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,信号共振稀疏分解方法根据信号中各成分品质因子的不同,将信号分解成高共振分量和低共振分量。当转子出现碰摩故障时,振动信号往往由以转频及谐波为主要成分的周期信号、包含转子故障信息的瞬态冲击信号以及噪声组成。周期信号为窄带信号,具有高的品质因子,可分解为高共振分量;而瞬态冲击信号为宽带信号,具有低的品质因子,可分解为低共振分量。本文方法先利用信号共振稀疏分解方法从转子碰摩信号中提取冲击成分,再对提取的冲击成分进行重分配小波尺度谱分析,最后根据尺度图中冲击成分的周期诊断转子碰摩故障。算法仿真和应用实例验证了该方法诊断转子碰摩故障的有效性。     

岩石声发射信号能量分布特征的EMD分析

冲击荷载作用下岩石声发射信号具有瞬态性和多样性的特点,属于典型的非平稳信号。利用EMD方法对岩石声发射信号进行分解,得到一系列具有不同特征时间尺度的IMF分量,对每一个平稳的IMF分量提取能量特征。分析结果表明：冲击荷载作用下岩石声发射信号能量主要分布在前4个IMF分量内,且分布不均匀;岩石声发射信号各IMF分量的频谱与原始信号的频谱基本一致;随着岩石的密度、纵波波速、弹性模量的降低,冲击荷载作用下岩石声发射信号的优势频率越来越集中,且其优势频率有往低频发展的趋势;相比小波包分析,EMD分析法对于非平稳信号而言更具适应性。     

混凝土静态轴拉声发射试验相关参数研究

摘要：对声发射采集系统的硬件参数设置、滤噪参数设置以及声发射信号特征参数及其相关性进行了系统的试验研究。共进行了11组断铅人工激发源试验和13个混凝土试件的单轴静态拉伸试验,采用全数字化的参数-波形式声发射采集系统和三种不同型号的传感器同步采集并存储了试验过程中的声发射特征参数和波形,应用参数和波形分析相结合的方法以及波形事后提取分析等技术手段对数据进行分析。结果表明：前置放大器增益、阈值、波形采样率和采样长度、带通滤波器等有一合理参数取值;幅度、振铃、持续时间、声发射信号能量、绝对能量、信号强度这6个参数能够较好地体现混凝土轴拉损伤过程的阶段性特征;声发射幅度、振铃数、持续时间、上升时间和信号强度5个参数之间存在显著的相关性。研究成果可为采用声发射技术研究混凝土的损伤破坏过程提供参考依据。     

基于耦合信号包络分析的引线键合点剪切强度识别方法研究

键合点剪切强度是衡量键合质量的重要指标之一,以引线键合系统超声波发生器电信号作为信息载体,研究了超声电信号的特征提取方法以及在键合强度识别方面的应用。针对超声电信号的瞬态特性,提出一种基于信号子频带包络分段的特征提取方法。该方法将超声电信号滤波后的子频带包络分成信号上升、稳定和衰减三个阶段,提取每个阶段的敏感波形特征来表征键合过程。为了消除特征中的冗余信息并实现特征降维,采用了主分量分析(PCA)技术进行特征选择。建立了人工神经网络系统(ANN)对提取的特征进行识别,通过实验数据分析,验证了本文方法的有效性。     

基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

矢量水听器阵时频MUSIC算法研究

时频MUSIC算法利用信号的时频分布构造空间时频分布矩阵,并用该矩阵代替传统的相关矩阵进行DOA估计,可以有效抑制噪声和干扰,提高算法的稳健性。时频子空间算法突破了传统子空间算法中阵元数对估计信号个数的限制,时频点包含了信号的时频空三维信息,通过时频点的选择可直接确定信号的频率从而确定阵列流型矩阵。对于宽带信号,在进行方位估计时避免了频域搜索,减少了运算量。将时频MUSIC算法应用于二维矢量水听器垂直线阵中,充分利用矢量水听器的标、矢量信息和信号的时、频信息进行宽带信号的二维波达方位估计。仿真研究验证了算法的有效性。     

Effect of acoustic cavitation on ease of infiltration of molten aluminum alloys into carbon fiber bundles using ultrasonic infiltration method

Continuous M40J carbon fiber reinforced aluminum–magnesium alloy composite wires have been fabricated using ultrasonic infiltration. The infiltration phenomenon is examined from the viewpoint of acoustic cavitation. The ease of infiltration of the molten alloys was found to be proportional to the maximum intensity of the acoustic cavitation. The ease of infiltration and the intensity were enhanced by the addition of surfactant elements into the molten aluminum. Thus, a decrease in surface tension caused an increase in the generation of acoustic cavitation thereby resulting in infiltration. Therefore, the generation of the acoustic cavitation is an infiltration controlling factor during the use of ultrasonic vibration.     

基于自适应小波基的声发射(AE)波源时频分析与定位

在研究声发射（AE）波形分析中,准确确定AE波源发生时刻和频谱大小的方法。研究方法是,采用小波自适应时频基对AE波形进行分析及利用小波模极大变换方法对AE波源发生时刻和频谱定位。研究结果表明,对比AE波形的短时傅立叶变换分析方法,可以获得相对最佳的信号时频分析分辨率,准确确定AE波源发生时刻,以及进一步由频谱图确定AE波源的频谱范围。这种分析方法对提高声发射缺陷波源探测精度具有重要理论和实践意义。     

Time-frequency analysis of acoustic signals in the audio-frequency range generated during Hadfield’s steel friction

Time-frequency analysis of sound waves detected by a microphone during the friction of Hadfield’s steel has been performed using wavelet transform and window Fourier transform methods. This approach reveals a relationship between the appearance of quasi-periodic intensity outbursts in the acoustic response signals and the processes responsible for the formation of wear products. It is shown that the time-frequency analysis of acoustic emission in a tribosystem can be applied, along with traditional approaches, to studying features in the wear and friction process.     

Gabor小波时频分析在声发射信号处理中的应用

介绍Gabor小波时频分析的基本理论,用数值仿真举例验证Gabor小波时频分析可同时在时域和频域上来表征信号分布的特点。利用该方法可得到声发射源定位中传感器接收到的声发射信号在时域和频域上的分布,并用于区分声发射信号的传播模式和不同的信号组成,得到声发射波群的准确到达时间,从而提高时差定位的精度。     

Acoustic characterization of microbubble dynamics in laser-induced optical breakdown

A real-time acoustic technique to characterize microbubbles produced by laser-induced optical breakdown (LIOB) in water was developed. Femtosecond laser pulses are focused just inside the surface of a small liquid tank. A tightly focused, high frequency, single-element ultrasonic transducer is positioned so its focus coincides axially and laterally with this laser focus. When optical breakdown occurs, a bubble forms and a pressure wave is emitted (i.e., acoustic emission). In addition to this acoustic signal, the microbubble is actively probed with pulse-echo measurements from the same transducer. After the bubble forms, received pulse-echo signals have an extra pulse, describing the bubble location and providing a measure of axial bubble size. Wavefield plots of successive recordings illustrate the generation, growth, and collapse of cavitation bubbles due to optical breakdown. These same plots also can be used to quantify LIOB thresholds.     

海洋中持续泄漏气泡的声学检测

声学方法是检测水面下气体泄漏的主要方法。由于气泡振荡产生的声信号能量较弱,且频段往往与环境噪声频段重叠,不易提取和分析。针对这个问题,提出了一种结合频域积累与时频能量检测的处理方法,通过频域积累提高信噪比后,利用一种自适应时频检测算法分析气泡声信号特性。海上实验表明,该方法可以在较强环境噪声下对持续泄漏的气泡进行有效检测。     

基于主动Lamb波和小波变换的二维结构损伤定位研究

基于主动监测技术，将结构健康和损伤状态下的Lamb波激励响应信号进行对比，两者的差信号实际上是激励信号通过损伤折射后被接收到的类似声发射源产生的一种信号。该信号与激励响应信号比较将有时间延迟，通过Gabor小波变换确定时间延迟，从而获取损伤位置信息。实验证实这种位置信息是可靠的。     

EMAT noise suppression using information fusion in stationary wavelet packets

An important issue in ultrasonic nondestructive testing is the detection of flaw echoes in the presence of background noise created by instrumentation and by clutter noise. Signal averaging, autoregressive analysis, spectrum analysis, matched filtering, and the wavelet transform have all been used to filter noise in ultrasonic signals. Widely-used wavelet threshold estimation algorithms are not designed for electromagnetic acoustic transducer (EMAT) pulse-echo signals, and therefore do not exploit their unique impulse nature. The approach to ultrasonic signal filtering proposed in this paper is based on stationary wavelet packet denoising with a threshold influenced by several information sources: a statistical echo detection, the amplitude distribution of the wavelet transform coefficients, and a priori known system frequency characteristics. The proposed method was evaluated on signals measured with EMAT probes and under various SNR conditions; it outperforms the wavelet transform with the Stein unbiased risk estimate (SURE) threshold estimation method and split-spectrum processing (SSP). The results indicate SNR enhancement of 19 dB with real EMAT data.     

滚动轴承故障非接触多传感器声信号融合方法

摘　要：针对移动滚动轴承非接触声发射检测中,一个故障源信号可能被多个传感器采集,致使这些声信号包含故障信息不完整且存在重叠的问题,综合考虑声波传播理论、多传感器声信号时差关系、滚动轴承典型故障撞击频率等,建立滚动轴承故障非接触多传感器声信号融合方法。建立滚动轴承故障非接触多传感器声发射检测试验台,分别采集移动滚动轴承滚动体、外圈和内圈故障声信号。采用融合方法对同声源信号进行处理,利用信号相似理论证明了融合信号与故障源信号的相似程度高于各传感器声信号。采用声发射累计撞击计数法对融合处理后的滚动轴承不同故障声信号进行分析。结果表明,该融合算法能有效地处理多传感器接收的同声源信号,可利用融合后信号进行准确的故障识别。