基于小波的声发射信号特征分析

    从20世纪90年代起,小波变换在声发射信号处理中得到了应用,但在具体的应用中,面对众多的小波基,选择哪一种小波基对信号进行分析才能取得好的分析效果,本文通过仿真试验,系统地分析了声发射信号对小波基的要求,结果表明Daubechies小波、Symlets小波和Coiflets小波适合于声发射信号分析.

    1 声发射信号小波基选取规则方法

    1)离散小波变换比连续小波变换更适合于声发射信号的处理,因为:与离散小波变换相比,连续小波变换可以自由选择尺度因子,对信号的时频空间划分比二进离散小波要细,但计算量较大;声发射信号的数据量庞大,从处理速度这个角度考虑,声发射信号采用离散小波变换比较合适;由于对声发射信号的分析目的是能获取声发射源的相关信息,因此通过对声发射信号的小波分析,能够实现声发射源特征信号的重构有利于获取声发射源的信息.

    2)声发射信号具有突发瞬态性,能够准确拾取突发的声发射信号是获取正确的声发射源信息的前提保障,所以应优先考虑选择在时域具有紧支性的小波基,而且紧支性的小波基能避免计算误差[1];为了保证小波基在频域的局部分析能力,要求小波基在频域的频带具有快速衰减性.综合以上的分析,小波基在时域具有紧支性,在频域具有快速衰减性是声发射信号小波基选择应遵循的另一个规则.

    3)声发射信号在时域通常表现为一类具有一定的冲击特性和近似指数衰减性质的波形信号,且具有一定持续时间.因此选择的小波基具有类似的性质能对声发射信号的特征提供好的分析效果.

    4)具有一定阶次消失矩的小波基能有效地突出信号的各种奇异特性,声发射信号具有类似冲击信号的特性,因此选择具有一定阶次消失矩的小波基,能突出声发射信号的特征.

    5)对声发射信号的小波变换分析,应尽量选择对称的小波基,在对称小波基获取困难的情况下,应尽量选择近似对称的小波基,以降低信号的失真[2].

    2 声发射信号分析的小波基选取

    经过对声发射信号的特征分析知声发射信号是一类瞬态的非平稳时变信号,小波变换是目前分析这一类信号最有效的方法.如何选取小波基对对能否取得好的分析效果是十分关键的[3].

    到目前为止,已经构造出多种具有独特性质的小波基,这些小波基基本能满足目前工程应用中的不同需要,常用的小波基有:Morlet;Mexican hat;Meyer;Haar;Dubechies(N);

    Symlets(N);Coiflets(N)其中N为消失矩.通过对几组常用的小波基进行分析,选择适合于声发射信号分析的小波基,满足离散小波变换与时域具有紧支性要求的常用小波有4种:Haar小波、Dau-bechies小波、Symlets小波和Coiflets小波.进一步利用小波基选择规则对这4种小波基进行分析.