裂紋聲發射信號的回波傳輸機理及提取方法研究

《裂紋聲發射信號的回波傳輸機理及提取方法研究》是依託長沙理工大學，由王向紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：裂紋聲發射信號的回波傳輸機理及提取方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王向紅
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

聲發射（AE）在重大裝備關鍵部件裂紋監測中具有重要套用前景，但由於存在傳輸路徑複雜、干擾噪聲強而導致的裂紋信號產生畸變及信噪比低等問題，限制了其使用效果。本項目擬開展傳播距離及界面影響下信號的傳輸機理、微弱裂紋信號提取及多裂紋源分離方法研究。包括：（1）研究裂紋AE信號在小尺寸構件界面上的回波模型，且結合傳播距離對信號的衰減特性，建立界面傳輸的數學模型，探尋頻率、距離等對傳輸特性的影響；（2）研究稀疏表示的裂紋提取方法，採用泛化高斯模型估計獨立係數的機率密度函式，通過最大後驗法估計信號成分，並通過收縮函式獲得裂紋信號，實現強背景噪聲下裂紋信號的提取；（3）結合最小Shannon熵空間重構技術與獨立分量分析技術，對多個裂紋源信號進行分離，為多裂紋源定位提供理論支持。本項目解決複雜傳輸路徑和強背景噪聲影響下裂紋AE監測的基礎問題，對提高重大裝備關鍵部件運行安全、推動AE技術的廣泛套用都具有重要意義。

結題摘要

針對重大裝備關鍵部件裂紋AE信號在傳輸過程中存在畸變及信噪比等問題，研究了（1）AE信號在界面結構中的傳輸機理，建立了單層界面結構中AE信號的回波模型，在此基礎上分析了傳播時間、界面的接觸長度以及構件厚度等因素影響下信號的傳輸特性，並通過實驗分析和驗證了材料、界面接觸方法、接觸面積等因素對信號傳輸特性的影響，最後把研究成果套用於石墨材料的成分分數檢測，結果表明傳輸特性成果對感測器的安裝等具有重要的指導意義和套用價值；（2）研究了微弱單裂紋信號的提取方法，採用泛化高斯模型（GGM）在獨立分量分析（ICA）空間中估計信號獨立係數的機率密度函式（PDF），並利用最大後驗（MAP）估計方法進行非線性去噪，獲得了一種微弱裂紋信號的稀疏編碼提取方法，在此基礎上還提出了一種基於小波包和稀疏編碼收縮去噪方法。研究成果表明研究的方法可提取出信號比低於-20 dB以下的微弱裂紋信號；（3）研究了微弱多裂紋源提取方法，採用Fixed-point ICA算法和基於負熵的判據，對正定條件下的線性混合信號進行分離，提出了一種微弱裂紋信號的ICA盲源分離方法。此方法要求的正定條件在實際中很難滿足要求，因而把噪聲不作為源信號，研究了欠定條件下微弱多源AE的提取，提出了一種基於小波包分析與ICA的多源故障信號提取方法，即首先用小波包方法對含噪混合信號降噪預處理，然後採用ICA技術對降噪後的混合信號分離，最後對各通道分離出的信號用收縮函式進行頻段內去噪處理。 本項目已累計發表（和錄用）論文11篇，其中SCI收錄3篇，EI/ISTP收錄7篇；申請發明專利4項，3項實用新型專利授權；獲得軟體著作權1項；培養研究生3人，其中已畢業1人。本項目的研究成果為完善重大裝備關鍵部件的有效監測提供了理論指導，對提高關鍵部件的運行安全、推動AE技術的廣泛套用具有重要實際意義。