基于小波变换的声发射模拟信号特性分析

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1、基于小波变换的声发射模拟信号特性分析1）张运强，牛卫飞，谭蔚(天津大学化工学院，天津300072)摘要：小波变换作为一种新的信号处理方法，可对任一时刻、任一频段的声发射信号进行时频分析。通过基于Gaussian方程的Gabor小波及其Fourier变换，研究了Q235B钢板中三种声发射模拟信号的特点及三种信号的区分和识别。试验表明，基于小波变换的信号处理方法对于研究实际声发射信号的特点、声发射源的特征和定位以及传感器选择有一定的帮助。关键词：声发射；小波变换；信号处理中图分类号：TGll5.28文献标识码：A文章编号：100

2、06656(2008)01-0009-03AnalysisofSimulatedAESignalCharactersBasedonWaveletTransformZHANGYun-Qiang,N1UWei-Fei1),TANWei(SchoolofChemicalEngineering＆Technology,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Asakindofnewmethodofsignalanalysisandprocessing,thewavelettrans

3、formcouldbeusedtoanalyzeanytimeandanyfrequencyofAEsignalinthetimeandfrequencydomain.ThewavelettransformisappliedtoAEsignalprocessinganditwillbehelpfultothedevelopmentandpopularizationofAEtechnique.ThecharactersandrecognitionofsimulatedAEsignalsinQ235Bwereresearched

4、byusingGaborwaveletandFouriertransform,whichwerebasedonGaussianfunction.TheexperimentshowedthatitwouldbehelpfultostudythecharactersofAEsignalandsourceandchoosetherightsensor.Keywords:Acousticemission;Wavelettransform;Signalprocessing声发射(Acousticemission，简称AE)是指材料局部

5、因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的一种[1]物理现象。声发射检测是一种动态无损检测技术，其信号来自缺陷本身。但是，受声发射源的自身特性、声发射信号的传播路径、环境噪声和声发射测量系统等多种影响，声发射传感器输出的波形十分复杂，属于一种非平稳随机信号，需要利用各种信号处理技术从中提取有效声发射源的信息[2]。传统信号分析方法对声发射信号无法解决时间和频率分辨力的矛盾，而小波变换的方法可使这[3-5][6]一问题得到解决。由于声发射信号是由频谱丰富的多组波组成的，可以利用小波变换把声发射信号和噪声分解到不同的频率通道，从而在不同

6、的频带上分析声发射信号中的不同频率成分的特征。小波变换具有同时在时域和频域表征信号局部特征的能力，既能刻画某个局部时间段信号的频谱信息，又可以描述某一频谱信息对应的时域信息。非常适于分析含有瞬态现象的声发射信号，研究声发射源的特性。1小波变换基本原理文章所采用的小波变换原理是基于Gaussian方程的Gabor小波及其Fourier变换[7,8]。对于函数．厂(t)的连续小波变换可定义为：式中a——尺度因子，a>0；b——时移因子。上角标*表示共轭。对于任意母小波函数?(t)，只要满足式(2)，就可以作为分析小波。式中?(?

7、)为?(?)的Fourier变换。因为Gabor小波在目前所有的小波中具有最佳的时域和频域分[9]辨率，因此选Gabor小波作为分析小波：式中?-------正常数；?p——中心频率。其Fourier变换为：虽然Gabor小波不满足式(2)，但若令?=p2/1n2=5.336，则Gabor小波也能满足实际使用要求。Gabor小波可以看作是中心位于t=0的Gaussian函数，其Fourier变换的中心位于?=?p处。函数?(a/t-b)中心位于t=b，其Fourier变换[aexp(-ib?)?(am)]中心位于?=?p/a

8、。WTf(a，b)表示f(t)在t=b和?=?p/a附近的时频系数。若令?p=2p，则f=?/2p=1/a。即1/a等价于f，而b等价于时间t。所以时域信号u(x，t)经过Gabor小波变换后，就可以分析声发射信号同时在时域b和频域1/a上的分布，并从时频分析中提取某一频率信号的大致时间分