以数字信号处理为基础的压力容器状态检测中声发射信号特征提取的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:suyi0911
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在压力容器检测的方法中,声发射检测技术以它在实时监测和全局检测上的优势被广泛研究,常用的信号分析方法有参数分析和波形分析,这些方法的分析对象多是实际接收到的声发射信号,但是实际接收到的信号不但与声发射源有关,而且受到传播介质和耦合剂的脉冲响应、传感器的频率响应的影响。因此,接收到声发射信号与真实压力容器损伤源并不存在直接对应关系,声发射检测技术在压力容器检测中的广泛性受到限制、准确性也受到影响。基于已有的理论研究和信号处理结论,本文定义了个新的特征参数,直接反应真实声发射源的变化。一般通过压力容器常有钢材的拉伸实验,对拉伸过程的声发射信号进行分析,提取信号有效的特征值,从而对材料的损伤程度进行判断、建立材料受力情况与损伤程度之间的关系等,为压力容器的检测提供指导。因此,本文选取Q235钢材进行拉伸实验,并设计了三大组金属拉伸方案,分别改变信号的传播路径、耦合效果和传感器型号作为本文的基础数据集;对新特征参数的有效性进行验证。主要的研究内容如下:1)选取了声发射信号预处理的算法。声发射技术对外界信号的变化十分敏锐,装置在接收到因金属拉伸发出的声发射信号以外,还受到金属摩擦、氧化皮脱落、设备噪声等的影响,本文计划使用的信号只有金属的拉伸信号和摩擦信号,其他信号需要除去。由于得到的声发射信号为非线性和非平稳的信号,常用的信号滤波方法主要有小波变换和希尔伯特-黄变换,本文对这两种算法进行了理论和实际处理结果的比对,发现希尔伯特-黄更适合高频信号的提取,固有模态函数的频率分布更加集中。2)提出了一个新的声发射特征参数。由于接收到的信号和拉伸信号源之间存在传播介质脉冲响应、耦合剂脉冲响应和传感器频率响应的影响,接收到的信号和信号源之间并不存在直接对应的关系。本文详细的分析金属拉伸过程各个声发射源的特点,发现摩擦信号不遵从Kaiser效应,基于此,本文提出了金属拉伸过程中摩擦信号的能量保持不变的假设,那么接收到的摩擦信号的变化认为是传播介质、耦合剂和传感器的影响;以摩擦信号为分母,以拉伸信号为分子,求两者的能量比作为新的声发射特征参数,一定程度上可以消除传播路径、耦合效果和传感器的影响。3)验证了新特征参数在消除传播介质和耦合剂脉冲响应、传感器频率响应对声发射源影响的有效性。改变传感器安放位置和金属断口的距离、改变拉伸试件的几何结构进行实验,对数据的分析和对比发现:信号能量比的分析能够有效消除传播介质脉冲响应对声发射源分析的影响;改变耦合剂用量进行拉伸实验,对数据的分析和比较发现:信号能量比的分析能够有效消除耦合剂脉冲响应对声发射源分析的影响;改变传感器的型号进行拉伸实验,同样用信号能量比对数据进行分析和对比发现:传感器频率响应对声发射源分析的影响被有效消除。因此证明了信号能量比的分析可以准确、有效的反应真实拉伸信号源的信息。信号能量比的提出可以有效的提升声发射检测技术在压力容器检测方面分析结果的准确性和广泛性,为在用压力容器的实时在线监测和全局检测的研究奠定基础。
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