基于声发射技术的木材害虫信号特征检测

针对木材害虫声发射（AE）信号检测问题,研究杨树木段中麻点豹天牛幼虫AE信号波形特征及其信号的能量,为钻蛀害虫声音的监测提出一种新的方法。取一段具有麻点豹天牛幼虫的杨树木段,通过采样频率为500 kHz的2通道木材蠕变声发射信号采集系统采集原始AE信号。对采集到的原始信号滤波后进行小波分解,通过对各层高频信号的分析获取AE信号的频域特征,并对其进行重构与信号解析。结果表明,麻点豹天牛幼虫AE信号的主频主要集中在30 kHz附近,其信号的能量在16:00最高,反映了该幼虫在15:00-16:00较活跃。     

基于小波变换的木材声发射驻波信号特征研究

为研究木材损伤断裂时的声发射(AE)信号所激发的驻波信号特征与木材固有特性之间的关系,采用薄木条折断的方式产生AE源,在小波变换的基础上分析驻波频率,并计算纵波传播速率,依据弹性波理论计算出木材顺纹弹性模量(MOE)。首先,在2种不同长度的木材试件一端分别加工出8根80 mm×10 mm的薄木条,通过外加冲击力折断木条以产生AE源,通过放置在试件端面的2个传感器采集原始AE信号,采样频率设定为500 kHz。然后,根据驻波特性确定原始信号的驻波阶段,进而对该阶段AE信号进行4层小波分解,依据分解后信号的时频域特征析取驻波信号波形。最后,依据驻波产生原理计算纵波传播速率,并结合弹性波理论计算试件的MOE。结果表明,拉伸试验测得樟子松和榉木试件的MOE分别为9.30 GPa和11.63 GPa, 800 mm樟子松和榉木试件通过驻波计算所得MOE分别为9.37 GPa和12.34 GPa,与实测MOE的误差分别为0.75%和5.24%;600 mm的樟子松和榉木试件通过驻波计算所得MOE分别为9.31 GPa和11.81 GPa,与实测MOE的误差分别为0.10%和1.55%。     

管道泄漏声发射信号的传播特性

对管道泄漏声发射信号进行传播特性研究,可以为工程上进行传感器布设和采集参数确定提供参考依据.介质类型、压力、流量与泄漏孔径对产生的泄漏声发射信号幅值影响较大,对泄漏声发射信号传播衰减规律无影响.泄漏介质为气体时,产生的声发射信号幅值较大;随着压力的增加,泄漏声发射信号幅值增大;随着泄漏孔径的增大,泄漏声发射信号幅值先变大后变小.应用FFT变换和小波包分解等理论方法,分析泄漏声发射信号在传播过程中经过法兰、阀门时的频率变化特征.研究结果表明：泄漏声发射信号经过法兰后,主要引起信号幅值衰减,衰减值为11～15 dB,而信号频率分布变化不大.泄漏声发射信号经过阀门后不仅信号幅值衰减27～35 dB,且信号的高频成分（187.5～312.5 kHz）也出现较大幅度的衰减.     

基于小波分析的樟子松表面和内部声发射信号频域研究

为准确计算樟子松断裂时在表面和内部传播的声发射（acoustic emission,AE）信号传播速度,对樟子松表面和内部传播AE信号的有效频段进行研究。为得到樟子松断裂时候产生的AE信号,使用万能力学试验机进行三点弯曲压断试验,并在试件表面相距固定距离的2个点采集原始AE信号。为得到不同频段的AE信号,对原始AE信号进行小波分解并重构AE波形。针对不同频段的AE信号,采用信号相关性分析法计算信号到达2个传感器的传播时差,以此计算AE信号的传播速度。根据AE信号在不同介质中的传播规律以及AE信号的传播速度判断AE信号的传播介质和AE信号的主要频率。结果表明,当AE信号在樟子松表面传播时,AE信号的有效频段为15~62 kHz。当AE信号在樟子松内部传播时,AE信号的有效频段为125~250 kHz。使用有效频段内信号计算AE信号的传播速度,可显著提升计算得到的AE信号传播速度的准确性。     

应用独立成分分析和小波分解对木材声发射信号的析取

选取常温气干状态表面无缺陷的樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica Litv.)实木为试验材料,制成长800 mm、宽60 mm、厚30 mm的试件。使用UTM5105型万能力学试验机对试件进行破坏性试验,以500 kHz的采样频率采集木材三点弯曲试验产生的声发射(AE)信号,截取试验后期幅值无显著变化的一段原始信号作为研究对象。采用依据负熵最大化的快速独立成分分析(FastICA)盲源分离算法将原始信号分离成噪声和声发射信号,再对分离后的声发射信号进行5层小波分解后重构声发射信号波形;对重构声发射信号进行频域分析,通过与已知声发射信号的频域特征比较,验证信号析取的有效性。结果表明：构建的依据独立成分分析和小波分解(FastICA-Wavelet)的声发射信号析取方法,能够从混有声发射信号的类噪声信号中分解出声发射信号,利用小波分解能够进一步降低非独立噪声成分的影响。     

依据瞬时频率的木材损伤过程声发射信号辨识

针对木材损伤断裂过程中声发射(AE)信号识别的问题,提出一种基于瞬时频率的AE信号辨识方法。首先,采用三点弯曲的方式对马尾松试件做损伤试验,利用采样频率为500 kHz的4通道NI USB-6366采集卡收集原始AE信号。然后,通过小波分析的方法对采集的原始信号降噪处理,并对降噪后的信号进行频率分析,再根据频率范围及产生原因的不同定义了两类AE信号。最后,通过Hilbert变换分别获得两类AE信号的瞬时频率,并统计两类AE事件频率。试验结果表明,基于瞬时频率统计的AE事件频率能够客观反映试件的应力水平,同时,木材损伤过程中主要产生断裂AE和变形AE信号,且断裂AE信号的频率范围明显高于变形AE信号的频率范围。     

马尾松胶合木胶层对声发射信号传播特性的影响

采用NI高速采集设备构建木材声发射信号采集平台,通过铅芯折断的方式在马尾松胶合木表面模拟产生AE源。然后对采集的原始信号进行5层小波分解并重构AE信号波形,进而获得AE信号的时频域特征。最后,根据信号相关性分析和时差定位方法,研究AE信号沿胶接横纹和指接横纹方向上的传播速率。研究表明,AE信号在胶合木表面传播时,AE信号中频率较低的成分在通过胶层时能量衰减更加显著,并且在胶接横纹和指接横纹方向上的传播速率存在明显差异,进一步指出指接胶层对信号传播速率的影响比胶接胶层更明显。     

油松树体声发射信号特征研究

为了描述油松木质部空穴化发生、发展和恢复特性,利用声发射技术对自然生长的油松树体进行声发射信号监测,通过声发射仪器探测、记录和分析其声发射信号,系统地研究了其树体木质部空穴化发生的声发射信号特征。结果表明：油松木质部空穴化发生的声发信号为突发性事件,其声发射信号频率在230～270kHz的频谱带上;声发信号在时间序列上...     

应用声发射技术和图像分形理论对樟子松木材裂纹演化特征的检测

以气干状态的樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)木材为试验材料,制备尺寸为(长×宽×厚)300 mm×20 mm×20 mm的试验试件,应用UTM5105型电子万能力学试验机对试件进行三点弯曲加载试验;利用声发射(AE)采集平台和图像采集系统,实时采集樟子松木材在三点弯曲破坏过程中产生的声发射信号及裂纹演变图像;依据原始声发射波形统计声发射计数、声发射能量,并结合图像分析试件在加载过程中的微观损伤及其宏观演化特征;依据图像分形理论计算灰度图像及二值化图像盒计数维数,分析木材表面裂纹起裂和扩展规律;综合运用声发射技术和图像分形理论,构建樟子松木材裂纹演化特征的研究方法。结果表明：声发射计数、声发射能量均能准确地反映宏观破坏阶段;对于微观损伤,声发射计数表征的更为显著。结合声发射计数、声发射能量曲线变化,可以明确材料微观损伤及宏观破坏的起裂时刻。宏观裂纹产生后,灰度图像及二值图像的图像分形维数都大幅上升,且随着裂纹的扩展,裂纹图像的分形维数逐渐上升,尤其是灰度图的分形维数能够明显反映宏观断裂的扩展特性。声发射参数和图像分形维数相结合的方式,可为研究木材损伤...     

杨树木段内麻点豹天牛幼虫声发射信号特征

针对木材蛀干害虫声音信号特征问题,根据声发射(AE)技术研究杨树木段内麻点豹天牛幼虫的声音信号特征.首先,取带有麻点豹天牛(Coscinesthes salicis)幼虫的杨树(Populus)木段,基于木材蠕变声发射采集系统获取原始AE信号.其次,利用小波分析重构原始信号进而研究幼虫AE信号特征.然后,改变传感器的位置,研究传感器与幼虫的距离变化对AE信号特征的影响.最后,研究不同数量幼虫对AE信号特征的影响.试验结果表明:幼虫AE信号重构后的主频率为38 kHz,随着检测距离的增大,幼虫AE信号减弱,但是信号的主频率没有发生明显变化.不同数量幼虫产生的声音信号脉冲相似,随着幼虫数量的增加,幼虫产生的AE信号脉冲个数呈现增加趋势,信号幅值也逐渐增大,信号持续时间也呈增加趋势,不同数量的麻点豹天牛幼虫AE信号的主频率也均为38 kHz.     

基于小波谱白化与自适应小波重构的木材损伤声发射源直线定位法研究

针对木材断裂声发射（acoustic emission,AE）信号源定位问题,提出了一种基于小波谱白化与信号相关性分析的木材表面AE源直线定位算法。首先,为得到木材断裂时产生的AE信号,使用万能力学试验机进行三点弯曲加载试验,在试件表面相距固定距离的3个位置采集试件断裂时产生的AE信号,设置采样率为500 kHz。然后,为合理补偿AE信号在传播过程中损失的高频部分提升信号分辨率,提出一种小波谱白化算法。为降低噪声信号的影响,提出了一种自适应的小波重构算法。最后,通过信号相关性分析法,计算信号到达各传感器的传播时差,并采用基于时差直线定位算法进行AE源定位。结果表明,木材断裂过程中,AE信号通过木材表面和木材内部2种途径传播,由于传播介质不同造成不同的传播速度。使用原始、小波谱白化重构、自适应小波重构的3种AE信号进行AE源定位时,木材表面AE源的定位误差为11.3%、2.6%、3.7%,木材内部AE源的定位误差为10.7%、2.9%、4.5%。AE信号的重构算法直接影响基于时差的AE源定位算法精度,特别是使用小波谱白化法能够显著提升AE信号分辨率同时提升计算时差的准确性进而提升AE源定位精度。     

木材裂纹尺寸及分布对声发射横波传播特性的影响研究

为探究木材表面裂纹尺寸与分布对声发射横波(transverse wave component of acoustic emission, AE_TW)传播特性的影响,通过锯切方式制作不同尺寸的裂纹,研究沿木材顺纹理方向传播的声发射横波的传播特性。首先,在试件表面锯切出4条具有相同长度而宽度与深度不同的规则裂纹,分别采用铅芯折断和信号发生器模拟产生突发和连续的AE源,并且通过等间距分布在试件表面的5个传感器采集AE信号,采样频率设置为500 kHz。然后,在铅芯折断试验的基础上,依据驻波成分的基频,对原始AE信号进行高通滤波处理,截止频率设置为7 kHz,再采用相关性分析的方法确定AE_TW在固定距离上的传播时差,进而依据时差定位的原理计算其传播速度。最后,通过信号发生器产生不同电压等级的150 kHz脉冲串作为AE源,研究不同裂纹尺寸下的AE_TW能量随距离的衰减规律。结果表明,在无裂纹试件中,AE_TW的平均传播速度为824.4 m·s^-1。而仅改变裂纹深度时,随着裂纹数量的增加其速...     

呼伦贝尔沙地樟子松林负氧离子浓度及其影响因子分析

为了更好地指导呼伦贝尔森林康养活动,选取呼伦贝尔典型的沙地樟子松为研究对象,利用12个月的连续负氧离子浓度、气温、空气湿度和风速等数据资料,分析研究呼伦贝尔沙地樟子松林内负氧离子浓度及其影响因子。结果表明:1）凌晨和下午2个时间段内的负氧离子浓度基本可以反应日内平均水平,呼伦贝尔沙地樟子松林内负氧离子浓度日内均值为1 186个/cm³,符合林业标准所规定的空气负（氧）离子3级标准,可满足森林康养要求;2）林内负氧离子浓度日内表现出“双峰单谷”规律,即24:00负氧离子浓度最高,8:00负氧离子浓度最低,尽量避开早晨时间段进行森林康养活动;3）林内负氧离子浓度季节性特征表现为仲秋的空气质量最好,其次为春末至夏季,初春的空气质量最差;4）气象因素对林下负离子浓度影响程度不同,风速对林内负氧离子浓度的影响最大（P<0.01）,空气湿度次之,气温对林内负氧离子浓度的影响较小,原因可能是半干旱区气候干燥,常绿针叶樟子松林郁闭度较大。     

河北坝上地区2种主要人工固沙林的生物学稳定性研究

通过林木保存率、林木生长、自然更新和防护功能4个指标来反映河北坝上地区北京杨和樟子松2种主要人工固沙林的生物学稳定性。结果表明,北京杨随着林龄的增长,死亡株数迅速增加,25 a林木保存率仅有21.5%,且生长衰退现象严重,大多为萌生个体,幼树全部为萌蘖更新,5 a和25 a林分内的输沙率分别为5.7、5.1 g·cm^-1·d^-1;24 a樟子松林木保存率达到70.4%,但生长分化现象严重,林内存在天然更新幼苗,但数量很少,8 a和24 a生林分内的输沙率分别为1.9、0 g·cm^-1·d^-1。坝上地区北京杨人工固沙林生物学稳定性差,而樟子松人工固沙林则有较高的生物学稳定性。人工固沙林的生物学稳定性从林分层次反映了造林树种对造林地自然环境的适应性,研究结果可为坝上地区的造林树种选择和经营管理提供理论参考。     

基于信号相似度小波重构与时差的胶合木表面声发射源定位

针对声发射（acoustic emission,AE）信号在胶合木表面各向异性传播时的AE源定位问题,提出一种基于信号相似度小波重构与时差的表面AE源定位算法。首先,依据ASTM-E976标准通过铅芯折断在试件表面产生AE源,并采用NI高速采集设备构建基于LabVIEW的3通道AE信号采集平台,采样频率设定为500 kHz。其次,设计一种基于信号相似度的自适应小波重构算法,对原始信号进行降噪并重构AE信号波形。最后,依据试验结果拟合得到AE信号在胶合木表面360°范围内的传播速度公式,结合AE信号的传播规律设计AE源定位算法,并产生AE源以测试定位效果。结果表明,2组胶合木表面的AE源定位误差分别为5.2%、5.3%,基于信号相似度小波重构与时差的胶合木表面AE源定位算法能够有效地确定声发射源的位置。     

生物制剂对沙土樟子松幼苗光合特性及养分含量的影响

采用盆栽试验研究了Pt菌剂、ABT生根粉、HRC吸水剂和FCS丰产素等生物制剂对沙地樟子松2年生幼苗光合特征和养分含量的影响,结果表明:Pt菌剂(3号)和ABT生根粉与对照相比,显著地促进了樟子松幼苗全株、地下和地上生物量生长,并增加了幼苗的根冠比值,有利地促进幼苗对养分的吸收;Pt菌剂(3号)和ABT生根粉处理的幼苗叶子养分全N、P、K含量显著地高于对照幼苗,促进了幼苗养分的平衡,为提高光合作用能力提供了物质基础;Pt菌剂(3号)和ABT生根粉处理幼苗与对照相比,光合速率和蒸腾效率显著增强.这些是提高樟子松苗木在干旱、半干旱沙地成活生长的生理基础.