小波变换在声发射信号特征参数检测中的应用

　　0　引　　言

　　旋转机械在发生动静碰磨故障时,金属材料在外载荷作用下产生晶格的滑移变形和孪生变形,会发生声发射;当发生转子裂纹故障时,材料中裂纹的形成和扩展过程能成为声发射源。所以,可以根据旋转机械的声发射特征来推断设备的状态或内部结构的变化。声发射检测是一种动态无损检测方法,在故障诊断中用以进行动态监测和报警。

　　描述声发射信号的特征参数可概括为振铃计数与计数率,事件计数与计数率,振幅与振幅分布,有效值,频谱分布等。其中振铃计数与计数率和事件计数与计数率是最为常用的特征参数。

　　图1为声发射信号的事件计数的示意图,当脉冲衰减波的包络线超过阈值电平时,产生一个矩形脉冲,将此脉冲作为事件计数,单位时间内的事件数即为事件计数率。声发射信号的事件计数方法,一个重要的特点是,低于阈值电平的信号不予计数,这在一定程度上抑制了干扰噪声,往往对此又称为幅值剔噪方法。但是,在确定域值电平的大小时,存在随意性。当域值电平取不同的值时,得到的事件计数和事件计数率是不同的,见图2。由图2可知,当域值电平小于“1-1”时,检测不到“事件”;当域值电平大于“3-3”时,同样也检测不到“事件”;只有当域值电平介于“1-1”和“3-3”之间(如“2-2”)时,才能正确地检测到“事件”。所以,应找到一种与域值电平取值大小无关的“事件”检测方法,这就是本文提出的小波变换检测方法。

　　2　声发射信号事件计数特征检测的基本过程

　　图3是声发射信号特征参数检测原理图。从声发射源发出的声音信号以弹性波的形式向四周传播,经过耦合剂从材料传播到传感器变成电信号,由传感器拾取。传感器拾取的声发射信号输入到声发射仪器接受,并进行平移与放大、幅值解调、小波变换等处理,最后将数据显示出来。

　　3　声发射信号的幅值解调

　　声发射信号可看成是一个高频信号被另一个信号进行了调幅处理。而声发射的事件计数方法,就是找到调幅信号随时间的变化规律。因此在对声发射信号进行小波变换之前,应先对其进行幅值解调处理。

　　在机械信号的幅值解调中,传统的方法和新近出现的方法大概有如下五种:绝对值算子解调法,线性算子解调法,平方算子解调法,Hilbert算子解调法和能量算子解调法。有关文献指出,这五种方法解调结果具有好的一致性。本文选用绝对值解调法来对声发射信号进行处理。绝对值解调法的定义为:

　　绝对值算子A:　A(x(t)) =| x(t) | (1)

　　图4(a)是一典型的声发射信号,用绝对值算子对该信号进行解调后,得到的解调信号见图4(b)。