[發(fā)明專利]一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910443354.6
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110196283A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 李楊;許飛云;胡建中;賈民平;彭英;黃鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法，包括以下步驟，其特征在于：

步驟1、預先選定干燥且無明顯缺陷的木結構規(guī)格材作為實驗對象，采集被測試件在三點彎曲實驗下產生的聲發(fā)射信號；

步驟2、對采集到的聲發(fā)射信號進行高通濾波和小波分解與重構，實現(xiàn)原始信號的降噪處理；

步驟3、對小波降噪后的聲發(fā)射信號采用EMD算法將其分解為一系列IMF信號，并將與原信號相關性最大的IMF信號作為最終的AE信號；

步驟4、通過希爾伯特Hilbert變換獲得AE信號的瞬時頻率；

步驟5、根據(jù)不同AE信號的頻率范圍，統(tǒng)計AE事件的數(shù)量，并計算每個時刻的AE事件密度，從而判斷木材試件彎曲損傷過程的應力狀態(tài)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法，其特征在于：步驟1中的聲發(fā)射采集設備包括高速數(shù)據(jù)采集卡、單端諧振傳感器以及前置放大器。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法，其特征在于：步驟2的具體步驟為：

步驟2.1，采用切比雪夫I型高通濾波器濾除22kHz以下的聲發(fā)射傳感器信號，其中濾波器的阻帶邊緣頻率設為22kHz，通帶邊緣頻率設為24.5kHz；

步驟2.2，對于濾波后的AE信號，通過小波分解與重構進行降噪處理，在小波變換中，設f(x)為平方可積函數(shù)，并對函數(shù)空間為L²(R)進行分析，即

步驟2.3，選擇基本小波函數(shù)ψ(x)，對原始信號進行多分辨分析，則

式中：a為伸縮因子，a>0；b為平移因子，b可正可負；符號<>為內積；*表示共軛，式(1)稱為連續(xù)小波變換，其等效的頻域表達式為

步驟2.4，通過分辨率分析將信號f(x)分解成不同的頻帶，即

式中為信號f(x)中頻率低于的成分；

而怎為信號f(x)中頻率介于2^-J與2^-(j-1)之間的成分，上式中的系數(shù)可由C₀推導，即

其中φ(x)為尺度函數(shù)，ψ(x)為小波基函數(shù)，尺度函數(shù)與小波基函數(shù)決定了低通濾波器H和高通濾波器G。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法，其特征在于：步驟3的具體步驟為

步驟3.1，采用EMD對重構聲發(fā)射信號進行分解，得到反映信號在每個時刻固有特性的IMF分量；

步驟3.2，根據(jù)IMF分量與原信號的相關性來確定聲發(fā)射信號的影響，即將相關性最強的IMF分量作為主分量用于判斷和統(tǒng)計聲發(fā)射事件。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法，其特征在于：步驟4的具體步驟為：

步驟4.1，為了獲得聲發(fā)射信號的瞬時頻率，對步驟3.2中所得的IMF分量進行Hilbert變換。對于任意連續(xù)函數(shù)X(t)，其Hilbert變換Y(t)可定義為

步驟4.2，根據(jù)步驟4.1中的公式，可構造解析信號Z(t)為

Z(t)＝X(t)+iY(t)＝a(t)e^iθ(t)

其中，a(t)＝[X²(t)+Y²(t)]^1/2，由a(t)和θ(t)來定義信號Z(t)的幅值與角度。

步驟4.3，使用θ(t)的時間導數(shù)來定義信號的瞬時頻率，即

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于瞬時頻率的木結構損傷聲發(fā)射無損檢測方法，其特征在于：步驟5的具體步驟為

步驟5.1，根據(jù)事先確定的斷裂聲發(fā)射信號和形變聲發(fā)射信號的頻率范圍，分別統(tǒng)計不同聲發(fā)射事件的數(shù)量；

步驟5.2，以60ms為間隔信號計算聲發(fā)射事件發(fā)生的密度，最終將所有小段信號的計算結果拼接成完整的聲發(fā)射事件密度變化曲線；

步驟5.3，通過分析聲發(fā)射波形與密度曲線，判斷材料由應力引起的微觀和宏觀變化，從而得出材料損傷辨識的結論。