模态声发射的噪声剔除技术

　　模态声发射由于采用了宽带输入和全波采样技术,高度真实地采集了从源发生并经被检构件传播,含有丰富被检构件材质信息的实际声发射波形,且按导波与断裂力学原理进行测量和分析,是对传统共振参数声发射技术的重大革新,实现了国际上众多声发射检测专家梦寐以求的通过波形分析测量声发射信息的愿望〔1〕,顺利地解决了长期阻碍声发射技术现场实际应用的一些难题,如信号解释和源识别困难、源定位不准以及信号与噪声难以区分等〔2〕,从而使声发射技术进入了实用阶段。这种方法可以根据检测到的声发射波形评定结构的断裂强度,已成为Boeing公司等飞机制造企业新结构研制中断裂力学和飞机损伤容限设计研究的不可缺少的检测手段。

　　但是,也正是由于模态声发射采用宽带全波采样,它的采样点数与传统共振传感器采集声发射波形正弦波峰值的采样点数相比,有了几十倍或上百倍的增加。为使波形显示清晰、真实,减少采集与储存量以及随后的分析时间,噪声剔除成了模态声发射发展的关键技术。模态声发射检测仪器必须能区别损伤信号与噪声,优越的噪声剔除技术是模态声发射得以超越传统声发射技术,使航空航天结构可以实现现场声发射检测的重要因素。

　　1　信号与噪声

　　声发射检测现场与试验室环境的主要差别是现场存在着众多的噪声。辨认和定位损伤是声发射检测技术的核心。

　　对于大多数材料来说,损伤的出现和扩展形成宽带、瞬态应力波,这些应力波引起毫微米级振幅和100kHz~2MHz频率范围的表面振动位移,并在结构中传播,所以模态声发射仪器对波形检测必须是宽带的而且非常灵敏。不过,这类仪器所配备的传感器难免同时也会接收很多不希望接收到的背景噪声,所以,仪器必须能够区别损伤信号与噪声信号。

　　典型的现场和环境噪声主要有电子噪声(或高频振动)、电磁干扰、夹持具的松动、加强支肋的磨损、机械或液压振动等。这些噪声能使数据采集过量,以至失去损伤信号点。而且,实际操作中要在数据分析时从如此庞大的数据组中寻找出相对来说显得很少的损伤信号数据,无疑是十分繁琐和耗时的。

　　由于噪声在幅度上是随机的,所以不能用传统的共振参数声发射方法简单地略去低幅度的含噪信号,况且这种方法要以牺牲检测灵敏度为代价;采用简单的频率鉴别同样是不可靠的。正确的方法是根据损伤与噪声的波形特征,在波形采集(A/D变换)以前便以硬件为主将大部分的噪声剔除;在处理损伤信号数据以前再以三维分析软件实施进一步的更完善的去噪。

　　1.1　噪声波形