小波再分配尺度谱在声发射信号特征提取中的应用

声发射检测

第45卷第2期 2009年2月

机 械 工 程 学 报

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.45 No.2 Feb. 2009

DOI：10.3901/JME.2009.02.273

小波再分配尺度谱在声发射信号

*

特征提取中的应用

廖传军 李学军 刘德顺

(湖南科技大学机电工程学院 湘潭 411201)

摘要：在分析典型声发射(Acoustic emission, AE)信号特征的基础上，根据机械故障或损伤引发的AE信号的故障特征提取原理和特点，首次提出AE信号的小波再分配尺度谱分析法。将小波尺度谱和再分配尺度谱同时用于AE信号的特征提取，再分配尺度谱能提高尺度图的聚集性，减少干扰项，更准确地表征AE信号中的特征信息。通过理论研究和仿真，确定了小波再分配尺度谱基函数及其参数的选择，克服了小波再分配尺度谱的时、频分辨率不能同时达到最好的缺陷。将小波再分配尺度谱用于声发射检测的滚动轴承损伤类型及部件的识别，诊断结果十分直观、清晰、准确。仿真分析和试验研究均表明了小波再分配尺度谱能有效应用于基于声发射技术的状态监测和故障诊断。

关键词：声发射 小波变换 尺度谱 再分配尺度谱 特征提取 故障诊断 轴承 中图分类号：TG115.28 TH113

Application of Reassigned Wavelet Scalogram in Feature

Extraction Based on Acoustic Emission Signal

LIAO Chuanjun LI Xuejun LIU Deshun

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Hunan University of Science and Technology,

Xiangtan 411201)

Abstract：By analyzing the typical characteristics of AE signals, and according to the extracting principle of AE signals initiated by mechanical faults or damages, the reassigned wavelet scalogram analysis method of AE signals is put forward for the first time. When wavelet scalogram and reassigned scalogram are applied for the feature extraction of AE signals at the same time, the latter can improve the aggregation of scalogram, reduce interference terms and attribute the feature information of AE signals more accurately. Through theoretical analysis and simulation, the wavelet basis function and parameters are selected, so the problem that the resolutions of time and frequency of wavelet reassigned scalogram connot simultaneously attain the best is solved. When applying wavelet reassigned scalogram is applied for fault diagnosis of rolling bearings based on AE technique, the diagnosis results are quite visualized, clear and accurate. Both simulations and experimental research prove that the wavelet reassigned scalogram effectively used for condition monitoring and fault diagnosis based on AE technique.

Key words：Acoustic emission Wavelets transform Scalogram Reassigned scalogram Feature extraction

Fault diagnosis Bearing

0 前言

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic emission, AE)，用仪器检测、记录和分析AE信号以及利用AE信号推断* 湖南省科技计划资助项目(2007FJ3025)。20080312收到初稿，20080925收到修改稿

声发射源的技术称为声发射检测技术[1]。目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法，已得到了广泛应用。受信号采集和处理的限制，早期的声发射仪器很少具备对AE信号进行瞬态波形捕捉和实时处理的能力，因此信号分析主要采用参数分析法。近年来随着全波形声发射检测仪器的问世和不断改进，使得利用现代信号处理手段进行AE信号的波形分析成为可能，并已成为促进声发射检测技术发

声发射检测

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无损检测领域所研究的由缺陷或损伤产生的声发射现象，其本质是材料在载荷作用下产生了形变、断裂等过程，部分形变能量以应力波的形式释放到材料中，其实质为瞬态波形信号。根据模态声发射理论[12]，AE信号是由多模式波组成，每种模

1 小波再分配尺度谱与AE信号特征 式由宽带频率波组成，具有多频率多模式、频谱多

模态性等重要特点。不同材料和不同的AE产生机提取

制，产生AE信号的频率范围不同，而不同频率的

1.1 小波再分配尺度谱 AE信号表现声发射源特征的能力又不同，因此AE

对于所有x(t)、ψ(t)∈L2(R)，x(t)的连续小信号处理的关键在于采取有效手段从采集到的宽频波逆变换可由式(1)表示[11] 信号中找出最能代表声发射源特征的信号[13]。

所有声发射过程均为突发过程，典型的由机械1 2

x(t)=aWabψψtab (1) (,;)()dd .xab

Cψ∫∫故障或损伤引发的AE信号如图1所示：上升段比

较迅速，下降时呈现指数衰减振荡现象，其包络线

由式(1)可知，小波变换没有损失任何信息，

呈现一个三角形形态。声发射源的一次突发发射实

变换是能量守恒的，因此有式(2)成立

际上是一个突发脉冲，由于脉冲在频域的宽带性质，

221 2

∫x(t)dt=Cψ∫ada∫x(a,b;ψ)db (2) 损伤越小，产生的脉冲宽度越小，损伤越大，产生

根据式(2)，可把|Wx(a,b;ψ)|2/Cψa2看作平面(a,b)上的能量密度函数，即|Wx(a,b;ψ)|2×

展的重要途径[2]。

由机械故障或损伤引发的AE信号由一系列频率和模式丰富的信号组成，是一种非平稳时变信号，因此用以揭示声发射源和AE信号传播规律的信号处理方法应具有时频分析能力。小波变换通过伸缩和平移运算对信号进行多尺度细化分析，是一种多分辨率时频分析方法，在时、频域都具有表征信号 …… 此处隐藏：11295字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……