陶瓷声发射信号全相位时频域分析的研究

论文摘要

陶瓷在我们生活中无处不在,其用途也非常广泛,而我国陶瓷的品质鉴别技术还非常不成熟,设备耗资巨大,运行周期长,如何快速、准确鉴别陶瓷制品的质量以提高陶瓷制品在世界上的竞争力有待于解决。声发射检验是对陶瓷材料进行无损检测的一种有效的方法。但是对于数字信号截断产生的频谱泄露和传统频域分析声音这种非平稳信号的局限性很大程度上影响了其鉴别精度。所以如何解决以上两个问题是提高陶瓷鉴别精度的关键。本文采用了全相位时频域分析技术对陶瓷声发射信号进行分析。传统信号截断方法在处理信号过程中会产生频谱泄露,影响后续的陶瓷质量判断精度。全相位信号截断方法考虑了包含某时域采样点在内的所有情况,大大减小了泄露。根据仿真,我们发现全相位截断信号相对于传统截断信号能量泄露更微弱,频谱更清晰,为之后信号精确的时频分析以鉴别陶瓷质量奠定了坚实的基础。傅里叶变换在整体上将信号分解为不同的频率分量,缺乏局域性,尤其不适合分析处理声音信号这种非平稳信号。针对这种局限性,本文对全相位截断之后的陶瓷的声发射信号采用了时频域分析。方法包括：线性时频分析、二次型时频分析。在线性时频分析中,采用了不同长度的窗函数进行比较,在二次型时频分析中,采用了不同的核函数进行比较,在大量的仿真实验基础上,找到了合适长度的窗函数和核函数。最后,根据时频分析的结果,结合距离测度分类算法,对不同质量的陶瓷制品的质量鉴别进行了实验,得出了在引入RGK核函数的陶瓷鉴别准确率达到了98%。得到了令人满意的结果。本文所采用的方法,通过大量仿真验证和实验,成功的解决了陶瓷质量优劣的鉴别,可将其作为实际车间陶瓷质量鉴别的技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 第2章 信号的傅里叶变换及对截断问题的研究
• 2.1 傅里叶变换
• 2.1.1 连续傅里叶变换
• 2.1.2 离散傅里叶变换
• 2.1.2.1 序列的傅里叶变换
• 2.1.2.2 离散傅里叶变换
• 2.2 对数字信号处理中的截断问题的研究
• 2.3 本章小结
• 第3章 全相位的信号截断方法及实现
• 3.1 全相位方法截断信号的原理及仿真
• 3.2 全相位信号截断方法减少截断误差的原理与推导
• 3.3 陶瓷声发射信号的全相位截断
• 3.4 本章小结
• 第4章 陶瓷声发射信号的时频域分析
• 4.1 时频分析的基本理论
• 4.1.1 时频分析的概念和必要性
• 4.1.2 时频分析的分类和表征参数
• 4.2 短时傅里叶变换分析陶瓷声发射信号
• 4.2.1 短时傅里叶变换的概念和性质
• 4.2.1.1 短时傅里叶变换的概念
• 4.2.1.2 短时傅里叶变换的性质
• 4.2.1.3 离散短时傅里叶变换及窗函数的选择
• 4.2.2 陶瓷声发射信号的短时傅里叶变换仿真
• 4.3 二次型时频变换分析陶瓷声发射信号
• 4.3.1 Wigner——Ville分布的概念
• 4.3.2 Wigner——Ville分布的性质
• 4.3.3 陶瓷声发射信号的Wigner——Ville分布仿真
• 4.3.4 Cohen类时频分布
• 4.4 陶瓷质量鉴别的实验结果
• 4.4.1 实验数据的采集
• 4.4.2 实验原理
• 4.4.2.1 距离测度的选择
• 4.4.2.2 核函数的选择
• 4.4.2.3 质量鉴别的算法
• 4.4.3 实验结果
• 4.4.4 实验结论及结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作的不足与展望
• 参考文献
• 致谢