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基于小波包阐发木料声发射旌旗灯号消噪处置

宣布日期:2017-05-06 11:15    阅读次数:次

作者:北京林业大学 赵东、朱红娟

在木料毁伤呈现初期和现实情况中检测木布局缺点时,微小的毁伤声发射旌旗灯号经常覆没在背景噪声中,若何从背景噪声中提纯毁伤声发射旌旗灯号特色,对承载木料的初期毁伤检测和品德评估具备主要意思。资料声发射旌旗灯号的处置一向是人们研讨的热门,包罗木质/非木质资料的声发射旌旗灯号研讨在内。研讨发明,在资料声发射旌旗灯号采样进程中,测得的声发射旌旗灯号常常是多种旌旗灯号的叠加,包罗由各类成份和搅扰,属于非安稳旌旗灯号,是以对数据停止阐发之前,起首要斟酌噪声的去除题目。传统的基于傅立叶变更的滤波方式在进步信噪比和空间分辩率两名目标上存在抵触。低通滤波器可以或许或许或许或许经由进程光滑按捺噪声,但会因为旌旗灯号的进程歪曲而失真;高通滤波器可以或许或许或许使边缘加倍峻峭,可是背景噪声同时也被加强,即可以或许或许或许将旌旗灯号的一些高频成份与噪声仪器滤除,丧失了旌旗灯号的高频信息。
本文接纳基于小波包变更的消噪算法来提纯木料毁伤声发射旌旗灯号,既能有用去除噪声,又能较好地保留旌旗灯号的渐变局部,削减旌旗灯号高频信息的丧失。经由进程与原始采样旌旗灯号对照,消噪后的旌旗灯号毁伤特色较着加强,成果标明该方式具备杰出的消噪才能。
1 小波包旌旗灯号消噪处置
1.1 小波包消噪道理
阈值去噪道理是:对旌旗灯号停止小波分化,若是噪声能量较着小于旌旗灯号能量,则与噪声对应的小波系数也将较着地小于与旌旗灯号对应的小波系数,挑选一个适合阈值处置小波系数,把低于阈值的小波系数设为零,高于阈值的小波系数予以保留或缩短。其去噪步骤为:
1、旌旗灯号的小波包分化,挑选一个小波并肯定一个小波分化条理N,而后对旌旗灯号s 停止N 层小波包分化。
2、计较最好树(即肯定最好小波基)。对一个给定的熵规范,计较最好树。
3、小波包分化系数的阈值量化。对每个小波包分化系数(出格是低频分化系数),挑选一个恰当的阈值并对系数停止阈值量化。
4、小波包重构。按照第N 层的小波包分化系数和颠末量化处置系数,停止小波包重构。
1.2 小波包阈值消噪算法
对小波系数停止估量必须对阈值函数和阈值停止拔取,经常使用的阈值函数有硬阈值函数、软阈值函数和一些改良的阈值函数如软硬折衷阈值函数、半软阈值函数等。
硬阈值以下:

软阈值以下:

因为硬阈值在某些点不持续,会在旌旗灯号重构时呈现必然振荡。软阈值持续性好,但和会存在恒定的差值,使得重构旌旗灯号的信噪比拟低,均方偏差较大。在阈值函数中若何挑选阈值thr,间接干系到去噪的好坏。阈值拔取太小,会在去噪后的旌旗灯号中保留局部噪声信息;若是阈值拔取得偏大,会丧失有用旌旗灯号,是以在去噪进程中阈值的拔取是关头。
1.3 小波包消噪中阈值的拔取
1、强迫消噪处置。该方式把小波分化布局中的高频系数全数变为0,即把高频局部全数滤撤除,而后再对旌旗灯号停止重构处置。这类方式比拟简略,重构后的消噪旌旗灯号也比拟光滑,但轻易丧失旌旗灯号中的有用成份。
2、默许阈值消噪处置。该方式操纵ddencmp 函数发生旌旗灯号的默许阈值,而后操纵wdencmp 函数消噪处置。
3、给定软(或硬)阈值消噪处置。在现实的消噪处置进程中,阈值常常可以或许或许或许经由进程经历公式取得,并且这类阈值比默许阈值更具备可托度。在停止阈值量化处置中可用wthresh 函数停止按照木料声发射的旌旗灯号特色,本研讨接纳默许阈值消噪处置,即经由进程ddencmp 函数发生旌旗灯号的默许阈值,而后停止消噪处置。
2 木料声发射旌旗灯号消噪处置
2.1 声发射旌旗灯号测试
本尝试选用产于内蒙大兴安林的落叶松,树龄32 年,胸径约32cm,制成尺寸为240mm×20mm×20mm 的试件30 块,长度标的目的为顺纹理标的目的,含水率为12%。
在RG-3 型电子全能尝试机上停止三点曲折尝试,加载到木料试件粉碎为止,加载速度为2mm/ min。尝试时,用砂纸在试件上外表距中间80mm 处打磨,直至亮光光滑,而后用脱脂棉擦清洁。为保障充实耦合,在声发射传感器上平均涂抹黄油,将传感器耦合在试件打磨处,并用磁座压紧,而后用北京鹏翔科技公司出产的数字式声发射仪收罗全进程声发射旌旗灯号,采样频次为每通道500 kHz,采样时候为0.02 s。
2.2 Matlab 中完成小波包消噪
本研讨根据上述小波包消噪道理,操纵Matlab 软件体例了声发射旌旗灯号消噪法式,对尝试收罗的木料声发射旌旗灯号停止了消噪处置。

图1 是经由进程木料声发射尝试收罗到的声发射原始旌旗灯号,由图1b 可知,木料曲折进程中AE 旌旗灯号的频次规模大抵在40-200 kHz 摆布,且含有随机噪声。

 

图2 是操纵小波阐发消噪处置获得的木料声发射旌旗灯号,成果标明小波阐发可以或许或许或许或许较好地保留有用旌旗灯号中的特色信息。

 

图3 是根据小波包阐发法,接纳Matlab 中的函数滤波算法对旌旗灯号停止小波包消噪处置后的结果,与小波阐发比拟可以或许或许或许较着看出,处置后的木料声发射旌旗灯号中保留有原始旌旗灯号的全数特色,很好地保管了有用旌旗灯号中的渐变和尖峰局部,但有关信息及噪声已大大削减,并且其中间频次在150-200 kHz 摆布。申明操纵小波包阐发方式对木料的声发射旌旗灯号可以或许或许或许或许到达很好的消噪结果。
3 论断
对在木料毁伤初期或在现实情况下检测木料缺点时,微小的木料声发射旌旗灯号中包罗有良多的背景噪声,降噪提纯原始声发射旌旗灯号是木料毁伤缺点检测的条件。本文操纵MATLAB 东西箱中的小波函数对落叶松木料三点曲折时发生的声发射旌旗灯号停止了小波包降噪处置,并比拟了小波包阐发降噪和小波阐发降噪结果的差别。
经由进程尝试数据的阐发,接纳小波包中的默许阈值消噪处置方式停止木料声发射旌旗灯号的消噪处置,噪声消弭比拟完全,并且可以或许或许或许很好地保管有用旌旗灯号中的尖锋和渐变局部,进步了信噪比。申明操纵小波包阐发可以或许或许或许或许进一步进步木料声发射旌旗灯号的处置才能,并且对木料毁伤缺点的诊断具备很是主要的工程现实意思。
本文作者的立异点:本文接纳基于小波包阐发的木料声发射检测方式, 为木料初期缺点及木布局毁伤的及时检测供给了有用靠得住的方式。名目经济效益(200 万元)。

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