基于小波分析的声发射信号去噪问题研究

顾浩天

【摘 要】本文提出一种基于小波分析工具箱图形接口工具（Graphical User Interface， GUI）的阈值法消噪方法。该方法是根据噪声信号的特点以及阈值经验公式通过对阈值等参数进行反复设置，实现信噪分离。

【关键词】小波分析；GUI；阈值法；信噪分离

【Abstract】A new threshold de-noising method based on wavelet analysis toolbox Graphical User Interface （GUI） is proposed. Based on the characteristics of the noise signal and the threshold empirical formula， through repeatedly setting up the threshold and other parameters，the method can achieve the signal noise separation.

【Key words】Wavelet analysis； GUI； Threshold value method； Signal noise separation

0 引言

小波分析具有多分辨率特点[1]，在时域和频域都有表征信号局部信息的能力，时间窗和频率窗都可以根据信号的具体形态动态调整。一般情况，低频部分信号平稳，可以降低时间分辨率提高频率分辨率，高频部分信号频率变化不大可以降低频率分辨率提高时间分辨率，换取精确时间定位，因此小波分析可以检测正常信号中的瞬态奇异突变信号[2]，从强信号中提取出有用的弱信号，展示其关键频率成分，特别适合于非平稳信号的时频分析。由于[3]声发射信号是典型的非平稳信号，而且具有衰减特性，并且我们的实验所采集的信号内同时包含有很多噪声信号，且存在很多特殊的信号点。因此综合以上特点，在此选择小波分析处理方法对采集所得的声发射信号进行分解，消噪，还原有用信号进行初步处理。

1 实验内容

1.1 实验设备

长春试验机研究所生产的高频疲劳试验机，型号PLG-200C，以及美国PAC公司生产的6通道AE-WIN声发射检测系统。

1.2 实验材料

上海振华港机运输轨道，由两种或者三种金属焊接而成。共有7种类型的实验试件，每种试件所采用两种拉应力分别是高载荷与中载荷。

1.3 实验过程

实验使用4个压电传感器作为媒介采集信号，使用了声发射检测系统中的4个采集通道。为了更好采集实验过程中的声发射信号，使用丙酮作为耦合剂涂抹于试件与传感器之间。采用自制的Ω形工具来固定传感器[4]（固定效果不错，但可能会产生振动噪声）。AE-WIN软件参数阈值设置为基本阈值40db，按线定位方式对传感器进行定位设置。一切设置结束后，开始进行断铅试验，进行声速测量，[5]耦合检验和定位校准，准备工作完成，开始实验。

2 分析研究

本文主要对采集的声发射信号进行波形分析，选取了一些特定阶段的声发射信号进行研究，所研究的信号在GUI中的具体波形及经过参数设置处理后的波形如图1所示：

很明显，图1中的原始信号具有一定的噪声结构，将其进行小波分解的时候，选择小波为db2，具有正则性[6]；当选择的小波为db1时，分解的时候低频部分是方波形信号，会产生信号畸变；选择db3以上，重构后的信号会不断偏离原始信号。分解的层次选择为2尺度分解，这个尺度能将低频和高频最完美的分离开来，大于这个尺度的分解模式会将一部分低频信号进入高频部分，对结果不利。

去噪信号与原始信号相比较而言，信号明显纯净了很多，曲线变得相对平滑，毛刺减少了不少，而且很多有用的信号并没有失去。

图2是二通道在试件发生裂纹时刻的原始信号以及低频消噪信号，其中原始信号低频消噪信号依然效果明显，说明消噪参数设置得当[7]。

3 最后结论

（1）利用小波分析GUI可以对所采集的原始信号进行分解重构并将低频与高频信号很好地分离开，其主要在于参数的恰当设定。

（2）对低频部分的消噪处理效果比较明显，曲线比较平滑，[8]有用部分能够很好保留下来。

【参考文献】

[1]王芳. 小波分析在信号去噪中的应用研究[D].四川：西华大学，2009.

[2]董长虹.Mat lab小波分析工具箱原理及应用[M].北京：国防工业出版社，2004：1.

[3]李孟源，尚振东，蔡海潮，董冠强.声发射检测及信号处理[M].4版.北京：科学出版社，2010：5.

[4]杨杰.声发射信号处理与分析技术的研究[D].吉林：吉林大学，2005.

[5]赵志宏.基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究[D].北京：北京交通大学，2012.

[6]张德丰.MATLAB小波分析[M].北京：机械工业出版社，2009：92.

[7]周伟.基于MATLAB的小波分析应用[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2010：10.

[8]飞思科技产品研发中心.MATLAB6.5辅助小波分析与应用[M].北京：电子工业出版社，2003：111.

[责任编辑：杨玉洁]