基于聲發(fā)射的狀態(tài)評(píng)價(jià)與定位技術(shù)研究.pdf

1、聲發(fā)射(Acoustic Emission，AE)信號(hào)處理是聲發(fā)射技術(shù)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，也是無(wú)損檢測(cè)評(píng)估中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。AE信號(hào)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷程度、類型和位置的識(shí)別是AE檢測(cè)技術(shù)研究的核心。AE信號(hào)按照其產(chǎn)生的物理本質(zhì)分為典型和二次型，傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法對(duì)此并沒(méi)有區(qū)分。分別探討這兩種類型AE信號(hào)在產(chǎn)生機(jī)理、傳播特性和波形特征等方面的共性和特性，研究相應(yīng)的AE信號(hào)處理和分析方法，也是急需解決的問(wèn)題。
　　本文從工程應(yīng)用的角度，分別研究了

2、兩種AE信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理和處理方法，一方面，針對(duì)二次型AE信號(hào)，以旋轉(zhuǎn)機(jī)械碰摩AE信號(hào)為研究對(duì)象，深入研究了AE信號(hào)的預(yù)處理、定位和識(shí)別的新方法;另一方面，針對(duì)典型AE信號(hào)，以煤巖樣沖擊破裂的AE信號(hào)為研究對(duì)象，提出了對(duì)AE波形的特征提取方法和對(duì)煤巖體沖擊破裂狀態(tài)預(yù)測(cè)的新方法。本文主要內(nèi)容包括:
　　針對(duì)金屬自由板內(nèi)AE信號(hào)的傳播特性進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了一種對(duì)AE傳感器信號(hào)的多模抑制和頻散補(bǔ)償?shù)念A(yù)處理方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、表明，該方法能有效分離出AE信號(hào)中的主要成份A0和S0，濾除高階模態(tài)波的干擾，減弱AE監(jiān)測(cè)信號(hào)中波包擴(kuò)展和變形程度，以及合成與頻散補(bǔ)償出單一模態(tài)波，進(jìn)而為AE源類型分析提供依據(jù)。
　　針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械碰摩AE信號(hào)的寬帶、多模態(tài)和頻散特性，引入了基于頻率聚焦理論的近場(chǎng)多重AE源定位算法，并推導(dǎo)了頻率聚焦矩陣的計(jì)算公式。針對(duì)算法對(duì)聚焦頻率和聲源位置初值的依賴性，進(jìn)一步對(duì)算法進(jìn)行完善，提出了基于頻率自動(dòng)聚焦的近場(chǎng)AE源定位方法。研究結(jié)果表明

4、，兩種方法均具有較好的分辨相干信號(hào)的能力，后者對(duì)AE源的定位精度較高、計(jì)算量小，可為碰摩初期故障的檢測(cè)提供有效依據(jù)。
　　結(jié)合AE信號(hào)能量在空間分布上具有稀疏性的特點(diǎn)，引入稀疏分解理論，提出了時(shí)域多快拍近場(chǎng)AE源定位算法，構(gòu)建了特征子帶陣列信號(hào)在空間上稀疏分解的凸優(yōu)化模型，得到AE信號(hào)在整個(gè)空域中能量分布的稀疏系數(shù)。針對(duì)近場(chǎng)雙AE源定位中較遠(yuǎn)AE源的定位精度不理想且計(jì)算復(fù)雜度高等問(wèn)題，從子帶分解和粗-細(xì)網(wǎng)格的優(yōu)化搜索策略角度出發(fā)，

5、提出了基于頻率多快拍的近場(chǎng)AE源稀疏分解定位算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的方法定位精度高，計(jì)算量小，實(shí)用性強(qiáng)，具有很好的解相干能力，可以有效地應(yīng)用于碰摩AE信號(hào)的定位檢測(cè)中。
　　基于深度學(xué)習(xí)框架下的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提出了一種轉(zhuǎn)子碰摩故障AE信號(hào)識(shí)別新方法。對(duì)頻散補(bǔ)償后的AE信號(hào)提取語(yǔ)譜圖特征，從時(shí)間、頻率和能量角度構(gòu)建不同工況下AE信號(hào)的狀態(tài)參數(shù)，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)碰摩故障進(jìn)行識(shí)別。該方法直接對(duì)AE信號(hào)的語(yǔ)譜圖特征學(xué)習(xí)和識(shí)別，避免了人

6、為選擇某些局部特征而造成的信息丟失，能更全面的描述AE信號(hào)的碰摩特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有較好的碰摩故障識(shí)別性能。
　　在AE信號(hào)預(yù)測(cè)煤巖沖擊破裂研究中，首先，分析了煤巖內(nèi)部斷裂發(fā)出的AE信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理，從無(wú)標(biāo)度區(qū)域的優(yōu)化搜索方面改進(jìn)了GP關(guān)聯(lián)維數(shù)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的GP關(guān)聯(lián)維數(shù)對(duì)巖樣從穩(wěn)定期到破裂階段的演變更加敏感，在噪聲環(huán)境下具有較強(qiáng)的魯棒性，是用于巖石破裂狀態(tài)識(shí)別的有效特征。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)AE信號(hào)的高頻和低頻特征