基于排列熵的电磁声发射信号到达时间识别.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１５年第５期基于排列熵的电磁声发射信号到达时间识别１１１２张晓涛，唐力伟，王平，王晓明（１军械工程学院火炮工程系，石家庄０５０００３；２６３９８１部队，武汉４３０３１１）摘要：排列熵算法简单高效，能够反映出信号的微小变化，是一种有效的信号突变检测工具。通过引入信号包络排列熵分析方法，对声发射信号到达时间识别问题进行求解。排列熵对信号幅值的大小不敏感，但对信号幅值的变化敏感，通过记录信号包络排列熵的变化，根据包络排列熵第一个极小值时刻来识别信号到达

2、时间。根据裂纹电磁声发射实测信号识别结果可知，包络排列熵方法对声发射信号到达时间具有较高的识别精度。关键词：排列熵；Ｈｉｌｂｅｒｔ包络；信号到达时间；突变检测；电磁声发射中图分类号：ＴＢ５３５文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１５）０５—０１２６—０５Thearrivaltimeidentificationofacousticemissionsignalbasedonpermutationentropy１１１２ＺｈａｎｇＸｉａｏｔａｏ，ＴａｎｇＬｉｗｅｉ，ＷａｎｇＰｉｎｇ，ＷａｎｇＸｉａｏｍｉｎｇ（１ＦｉｒｓｔＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ

3、，ＯｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ；２６３９８１Ｔｒｏｏｐｓ，Ｗｕｈａｎ４３０３１１，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｂｅｃｏｍｐｕｔｅｄｓｉｍｐｌｙ，ａｎｄｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｔｉｎｙｃｈａｎｇｅｏｆｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｓｉｇｎａｌ，ｉｔｉｓａｐｏｗｅｒｆｕｌｔｏｏｌｉｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｕｄｄｅｎｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆ

4、ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｇｎａｌｉｓｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｖｅｌｏｐｅｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙ．Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙｉｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｔｕｄｅｎｏｔｔｏｓｉｇｎａｌａｍ-ｐｌｉｔｕｄｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｍｉｎｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｓｉｇｎａｌｅｎｖｅｌｏｐｅｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅ-ｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｃｏｕｓｔ

5、ｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｖｅｌｏｐｅｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｏｎａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅｉ-ｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｇｎａｌ．Keywords：ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｅｎｔｒｏｐｙ；Ｈｉｌｂｅｒｔｅｎｖｅｌｏｐｅ；ａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅｏｆｓｉｇｎａｌ；ｓｕｄｄｅｎｃｈａｎｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎ［５］变化，根据包络排列熵极小值来识别信号达到时间。０引言

6、１排列熵算法电磁声发射技术是一种利用脉冲大电流激发裂纹缺陷产生声发射现象的无损检测方法，可以实现试排列熵是一种衡量一维时间序列复杂度的平均件非工作状态下的缺陷区域检测。熵参数，不仅能有效刻画系统的复杂性，而且该算法大量的声发射应用中，信号到达时间的识别是通简单高效，可以准确地检测出信号的突变，被广泛用［６-７］过设置阈值电压来实现的，这种方法易受到信号衰减于医学、气象等领域。［１］和背景噪声的影响，对小幅值信号识别误差大。互设一原始时间序列X＝｛x（i），i＝１，２，⋯，n｝，其相关技术识别信号到达时间差时仅考虑了信号中幅值中x（i）为时间序列

7、的第i个元素，n为元素的个数。［６］较大的弯曲模式成分，没有考虑声发射源板波传递时复按照Ｔａｋｅｎｓ定理对X进行重构，可得到矩阵：［２-３］杂成分的情况。小波等时频域方法能够识别不同模x（１）x（１＋τ）⋯x（１＋（m－１）τ）［４］式波到达传感器的时间，但该算法复杂，计算量大。x（２）x（２＋τ）⋯x（１＋（m－１）τ）信号到达时间的精度直接影响到缺陷区域的定位精度。……筹…（１）信号达到时间点即为信号由随机背景噪声变为规律性x（j）x（j＋τ）⋯x（j＋（m－１）τ）更强的声发射信号的时间点。本文通过引入排列熵方……筹…法对声发射信号进行分

8、析，通过记录信号包络排列熵的x（K）x（K＋τ）⋯x（K＋（m－１）τ）１２６张晓涛，等：基于排列熵的电磁声发射信号到达时间识别２０１５年第５期j＝１