采用窄带特征提取方法提高声发射源定位精度
公聪聪，石立华，李 刚
(解放军理工大学工程兵工程学院．江苏南京210007)
摘 要：针对提高声发射源定位精度的需要。提出了利用小波变换从宽带非平稳声发射信号中提取稳定的窄带响应信息的方法，可降低环境噪声和波速色散效应的影响；进一步根据Hilbert变换提取窄带信号的包络，可根据第一个包络峰值正确判定应力波到达时刻。介绍了该方法的实现原理，组建了应力波源定位实验系统。采用十字定位法确定发射源位置。结果表明，采用新的窄带特征提取技术后，定位误差从原来的15mm减少到4.9mm。
关键词：声发射；信号分析；小波变换；Hilbert变换
中图分类号：TB552 文献标识码：
AEnhancement of the Localization Accuracy of AE Source by Using Narrow-band Information Extraction Technology
GONG Cong-cong, SHI Li-hua, LI Gang
( Engineering Institute of Corps of Engineers, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)
Abstract: To enhance the measurement accuracy of time of arrival(TOA) of the stress wave, wavelet transform is used to extract the steady and clear narrow-band response from original wide-band non-stationary AE signals.Hilbert transform is further used to get the envelop of the narrow-band signals. The first peak of the envelop istaken as the arrival time of the stress wave. The new method can greatly remove the noise effect and the dispersion effect of stress wave, therefore a clear waveform can be acquired. A test system is setup to verify the effect of the proposed method. Results show the localization error of the simulated stress wave source is reduced from original 15mm to 4.9mm.
Key words : acoustic emission; signal analysis; wavelet transform; Hilbert transform
声发射(AE)作为一种材料本身所产生的、因局部能量的快速释放而激发瞬态弹性波的现象，在无损检测领域获得了广泛应用[1-2]。根据AE信号到达时间(TOA)，可确定声发射源的位置。由于声发射传感器检测到的波形并不一定都有明显的上升前沿，因此，以往的阈值电平法有时难以准确判定信号到达时刻。为此，先后提出了基于信号相关、时频联合分析等一系列措施提高TOA的判别精度[3-5]。从AE信号特征的角度考虑，影响其TOA识别的因素有以下几部分:
(1)声发射源自身产生的信号频带很宽，可包括数赫兹到数兆赫兹，而不同频率信号在材料中播速度可能存在色散现象[6]，导致各频率成分达到时刻不同，整个合成波形的到达时刻变得较模糊。
(2)AE信号幅度较弱，环境噪声和放大器噪声混叠在最终结果中，使阈值电平受到扰动，不能得到精确的到达时刻。为此，可考虑从检测信号中提取窄带成分。窄带信号不仅可最大程度地减小波速色散效应的影响，且可滤除信号中大量的宽带噪声成分。因此，本文从典型应力波信号中提取窄带信息的方法和应用效果开展研究。
1 声发射定位实验系统
为考核不同信号处理方法的使用效果，建立了以一块正方形铝板为监测对象的实验系统。铝板尺寸为600 mm×600 mm×2 mm，表面粘贴4只PZT压电陶瓷薄片元件作为监测换能器阵；压电片呈200 mm×200 mm的正方形布置，在测试区域建立直角坐标系统，用于声发射源的定位表示。数据采集与处理系统采用四通道LeCroy Wave Runner6100A数字示波器，该示波器可对采集的信号进行运算和处理。将信号预处理和定位算法编程植入后，示波器可直接给出定位结果。系统构成如图1所示。
