基于小波包分数幂阈值的声发射去噪研究.pdf

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1、第32卷第5期有色矿冶VoI．32．№52016年1O月NoN—FERR0USMININGANDMETALLURGYOctober2016文章编号：1007—967X(2016)O5—16—05基于小波包分数幂阈值的声发射去噪研究康玉梅，陈依珂，胡淑婷，周家俊(东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819)摘要：针对岩石声发射信号在传播和采集的过程中受到多种噪声干扰而具有复杂、瞬态等非平稳特性的特点，基于小波包硬阈值去噪法、小波包软阈值去噪法和小波包分数幂阈值去噪法，对岩石声发射信号进行去噪处理。研究表明，对于岩石声发射信号，小

2、波包分数幂阈值去噪方法克服了传统的软阈值去噪使信号幅值失真和硬阈值去噪使去噪后信号振荡加剧的缺点。与软阈值去噪和硬阈值去噪相比，信号的信噪比和均方根误差都较小。小波包分数幂阈值去噪在保证原始信号特征的情况下，可以有效地滤除信号中的噪声，信号失真小，是一种较好的岩石声发射信号去噪方法。关键词：小波包分解；分数幂；阈值；声发射中图分类号：TU45文献标识码：A号变换后无法刻画信号的非平稳特性，声发射信号O引言的滤波去噪不能够达到预期的效果。小波分析具有声发射是材料受外力作用产生变形、断裂后，以良好的时频局域性，其由粗及精的多分辨率分析能

3、瞬态弹性波形式释放应变能的现象[1]。采集到的声力和在时频两域突出信号的局部特征的能力，特别发射信号受到传播以及采集过程中的机械噪声、电适合于非平稳信号的分析，在信号去噪领域得到了气噪声、传播途径引起的信号衰减和畸变的影响E23，广泛的应用[6]，但是小波去噪方法也存在一些缺使声发射信号具有不确定性、不可预知性、突发瞬态点，如去噪效果与信号特点及小波基函数有很大关性和多样性等特点。声发射测试环境因应用对象而系，当信噪比较小时，去噪效果不理想等。不同，采集到的岩石声发射信号成分复杂，很多情况小波包分析是小波分析的推广，可以对信号的伴随

4、有各种干扰噪声信号，如机械噪声和电磁噪声高频部分做更细致的刻画是小波包相对于小波的主等。这些复杂噪声对声发射信号的影响非常严重，要优点，它对信号的分析能力更强，能够提供一种更信噪比恶化问题非常突出，已成为制约着声发射检加精细的分析方法。在小波包分析中，其信号降噪测和评价技术可靠性提高的关键因素之一。因此，的算法思想和在小波分析中的基本相同，所不同的为了从采集到的宽频声发射信号中提取最能代表声就是小波包提供了一种更为复杂、更为灵活的分析发射源特征的信号，需对其进行去噪处理，采用有效手段。因为小波包分析对上一层的低频部分和高频的去噪预处

5、理技术提高信噪比，有利于提高后续声部分同时进行分解，具有更加精确的局部分析能力，发射信号处理的精度。同时在保持信号细节方面有很大的优势。声发射信号是由多模式波组成，而每种模式又在小波分解的基础上采用阈值去噪的方法被证是由宽带频率成分的波组成。因此频谱多模态性是明是比较有效的L8叫，但该方法还存在Pesudo—声发射信号的一个重要特点，属于典型的瞬态非平Gibbs现象的缺陷。因此，针对声发射信号的特点，稳随机信号[3]。研究一种工程实用性强的小波包去噪算法是十分必目前大部分声发射监测系统都采用了傅里叶或要的。者小波变换等分析法进行信号

6、的去噪和特征提取。本文利用小波包分解分数幂阈值去噪的方法对常用的滤波去噪方法[4受到使用条件的制约，信单轴压缩条件下采集到的岩石声发射信号进行去噪*基金项目：：国家自然科学基金(No．51204029)；辽宁省自然科学基金(2014020039)；辽宁省科学事业公益研究基金项目(2015003001)教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(50—2)。**收稿日期：2016—04—28作者简介：康玉梅(1973一)，博士，副教授，主要从事结构损伤检测和岩石破裂与失稳方面的研究，E—mail：kangyumei@mail．neu．ed

7、u．cn。第5期康玉梅等：基于小波包分数幂阈值的声发射去噪研究17处理。该方法减小了软阈值去噪带来的信号幅值失j+h一∑户(^t-2p+gt-2p+)(5)真和硬阈值去噪带来的去噪后信号较多的震荡。滤2基于小波包阈值去噪方法波后能有效地去除噪声，为声发射信号去噪提供了一种更实用的方法。2．1小波包去噪原理根据小波变换局部极大值理论，有效信号小波1小波包理论系数的模要比噪声小波系数的模大得多。基于此原1．1小波变换理，在各分解系数中设定适当的阈值，经阈值量化并设(￡)∈L。(R)，若其傅里叶变换()满足条重构信号，即可达到去噪目的。可

8、采用阈值函数主I，，、l2要有软阈值函数与硬阈值函数，硬阈值函数易造成件』叫