基于DSP的金属裂纹声发射信号特征参数提取

论文摘要

当金属材料出现裂纹或者受力变形时会以弹性波的形式释放应变能,从而就会有声发射信号产生。声发射信号中含有声发射源的一系列重要信息即特征,这些特征可以简化为参数的形式来识别。利用这些信号的特征参数可以研究材料的内部缺陷及其发展趋势,评价材料的特性,为后续的设备运行、安全生产的评价提供有意义的参考。通过对金属裂纹产生机制的分析,可得出金属裂纹发展不同阶段的声发射信号的表现也不同。声发射信号是频率成分很广的信号,因此,有效地获取金属裂纹的声发射源特征参数,对采集到的声发射信号进行预处理尤为重要。根据课题研究的需要,考虑到水轮机工作的具体状态及数字信号处理器(DSP)的优点及声发射信号的特点,借鉴相关研究成果,选择小波分析对声发射信号进行消噪预处理,然后利用DSP对声发射信号进行特征参数提取。论文首先综述了声发射信号特征参数分析提取方法的研究现状、及国内外声发射信号分析处理仪器的优缺点,提出了利用DSP提取声发射信号特征参数的构想;分析了DSP硬件系统的构成及特点;研究了小波分析消噪的机理、离散小波变换的算法,并对声发射信号进行了分析处理;根据声发射信号各个特征参数的定义完成整个特征参数提取的软件设计;以TMS320C6713芯片为控制和处理核心的高速多通道的声发射同步数据采集系统为基础,实现特征参数提取;最后,对利用DSP实现特征参数提取的方法,分别用断铅、金属疲劳裂纹、拉伸断裂声发射信号进行实验验证,取得了较满意的结果。本课题来源于国家自然科学基金《混流式水轮机转轮叶片裂纹监测的理论和方法研究》(项目批准号:50465002)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 金属裂纹声发射信号及特点
• 1.2.1 金属裂纹声发射信号产生过程
• 1.2.2 声发射信号特点
• 1.2.3 声发射信号的处理
• 1.2 声发射信号的特征参数定义
• 1.3 声发射信号特征参数分析
• 1.3.1 声发射参数关联分析方法
• 1.3.2 声发射特征参数神经网络识别
• 1.4 国内声发射信号分析处理系统
• 1.5 本文研究的主要内容及其意义
• 1.5.1 研究的主要内容
• 1.5.2 研究的意义
• 第二章 DSP硬件系统构成
• 2.1 DSP概述
• 2.1.1 DSP工作环境
• 2.1.2 DSP的选择
• 2.2 DSP硬件模块
• 2.2.1 A/D采样芯片
• 2.2.2 声发射传感器及前置放大器
• 2.2.3 增益调节电路
• 2.2.4 CPU时钟的设定
• 2.2.5 PC端与DSP的交互方式
• 第三章 信号的小波消噪处理
• 3.1 声发射信号的预处理
• 3.2 噪声来源分析
• 3.3 声发射信号的小波消噪
• 3.3.1 基于阈值的小波消噪
• 3.3.2 基于阈值的小波包消噪
• 3.3.3 强制小波消噪
• 3.3.4 小波基函数和分解尺度的选择
• 3.4 离散小波变换的快速算法——MALLAT算法
• 3.5 声发射信号小波分析
• 第四章 基于DSP的特征参数提取软件实现
• 4.1 特征参数提取的软件设计
• 4.1.1 DSP软件开发与流程
• 4.1.2 特征参数的提取
• 4.1.3 参数提取总流程
• 4.2 程序烧写
• 第五章 基于DSP的特征参数提取系统实验
• 实验一:基于DSP的断铅声发射信号的特征参数提取验证实验
• 实验二:基于DSP金属疲劳裂纹声发射信号特征参数提取验证实验
• 实验三:基于DSP金属拉伸特征参数提取实验
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文