基于聲發(fā)射信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)研究

【摘要】聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)屬于一門(mén)綜合技術(shù)，其涉及到的內(nèi)容主要包括聲學(xué)、信號(hào)處理、電學(xué)和材料學(xué)等個(gè)各個(gè)方面的知識(shí)，該技術(shù)的實(shí)用性很強(qiáng)，其應(yīng)用背景較為廣泛。本文筆者就聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)中的一些關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)地闡述。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)處理獨(dú)立分量分析去噪處理聲發(fā)射

一、研究聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)的意義

在聲發(fā)射檢測(cè)中，常用的處理技術(shù)主要為兩種，一種通過(guò)多個(gè)簡(jiǎn)化波形特征中的相關(guān)參數(shù)來(lái)表示聲發(fā)射信號(hào)特征，接著對(duì)其實(shí)施分析與處理。另外一種則是記錄與存儲(chǔ)發(fā)射信號(hào)波形，并分析波形。其中簡(jiǎn)化波形特征參數(shù)的分析法，在20世紀(jì)50年代的時(shí)候應(yīng)用特別廣泛，使得聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)逐漸向商業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，通過(guò)介質(zhì)將聲發(fā)射信號(hào)源所產(chǎn)生的相關(guān)信號(hào)傳播到傳感器中，從而得到所需要的相關(guān)信息。其整個(gè)過(guò)程主要包括了聲發(fā)射源、信號(hào)處理、波的傳播以及聲電傳播等各方面。由于在傳播過(guò)程中容易產(chǎn)生各種不同的噪聲，這些噪聲容易造成不良影響，因此必須要引進(jìn)一些新型的處理技術(shù)，從而提高其后續(xù)處理精度。第二，在傳播過(guò)程中，聲發(fā)射信號(hào)的反射以及折射較為頻繁，且傳感器所接收到的相關(guān)信號(hào)較為復(fù)雜，其主要表現(xiàn)為一種非線性、多模態(tài)以及非平穩(wěn)的信號(hào)，由于這種信號(hào)較為復(fù)雜，若利用常用的特征提取方法來(lái)進(jìn)行處理，很難科學(xué)且準(zhǔn)確地解釋聲發(fā)射源。因此，必須研發(fā)一種新型聲發(fā)射信號(hào)特征提取方法。第三，目前我國(guó)信息處理發(fā)展的方向主要為多傳感器信息的融合，近年來(lái)，隨著傳感器陣列測(cè)量以及多傳感器的快速發(fā)展，聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域也逐漸需要加大對(duì)多傳感器融合的研究。

二、聲發(fā)射信號(hào)的去噪處理方法

在聲發(fā)射信號(hào)處理過(guò)程中，其去噪處理是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，去噪處理方法有很多種，一般可分為使頻域法、時(shí)域法和頻域法。這三種方法每一種均有其不同適用范圍以及應(yīng)用效果，對(duì)于平穩(wěn)信號(hào)，通常使用頻率域分析法來(lái)進(jìn)行，利用傅立葉變換來(lái)進(jìn)行信號(hào)頻譜特征的提取，而對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)，一般常用的方法為小波分析法，由于聲發(fā)射信號(hào)屬于非平穩(wěn)信號(hào)，同時(shí)其信號(hào)類(lèi)型也有所不同，所對(duì)應(yīng)的去噪處理方式也相應(yīng)有所不同。因此，對(duì)聲發(fā)射信號(hào)實(shí)施傳播特性分析是選取去噪處理方法的一個(gè)重要理論基礎(chǔ)以及依據(jù)。在該基礎(chǔ)上，所常用的兩種信號(hào)去噪處理技術(shù)為矩陣束算法與小波分析法。在現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)中，小波分析法是一種比較常見(jiàn)的方法，其處理過(guò)程為，首先選定一種小波基，并對(duì)信號(hào)實(shí)施N層的小波分解，通過(guò)分解以后再其各個(gè)層系數(shù)中選擇一個(gè)相應(yīng)的閥值，然后進(jìn)行閥值處理。通過(guò)閥值處理以后的這些系數(shù)就會(huì)通過(guò)小波重新地構(gòu)建原始信號(hào)。矩陣束算法是在奇異值分解的基礎(chǔ)上的一種濾波算法，該方法將相關(guān)性作為其依據(jù)，構(gòu)建一個(gè)二維矩陣束，接著分解該矩陣，把構(gòu)建的矩陣非為兩個(gè)不同的子空間，即噪聲子空間與信號(hào)子空間，最后在信號(hào)子空間中獲取最終信號(hào)。這種方法對(duì)于指數(shù)類(lèi)型信號(hào)中沖擊震蕩噪音處理具有很好的效果。

三、獨(dú)立分量分析法

目前，這種分析法在很多領(lǐng)域中被廣泛地應(yīng)用，在聲發(fā)射信號(hào)處理過(guò)程中，首先獨(dú)立分量和分離聲發(fā)射信號(hào)，接著將這些互相獨(dú)立聲發(fā)射源提取出來(lái)并實(shí)施后續(xù)處理，最后把相對(duì)應(yīng)的噪聲濾除。這種分析方法將統(tǒng)計(jì)獨(dú)立作為其基本原則，在獨(dú)立分量分析法中，統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衡量是其一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在信號(hào)與源信號(hào)混合的模型未知狀況下，按照統(tǒng)計(jì)獨(dú)立原則，利用優(yōu)化算法把多道觀測(cè)信號(hào)分解成為若干個(gè)不同且獨(dú)立的分量，這些獨(dú)立分量屬于源信號(hào)中一種近似估計(jì)。

四、聲發(fā)射信號(hào)特征的提取

在信號(hào)處理過(guò)程中，人們習(xí)慣把信號(hào)或者噪聲假設(shè)成為高斯性或者線性，但是事實(shí)上，在聲發(fā)射信號(hào)中蘊(yùn)含了很豐富的非高斯性特征以及非線性特征，而常規(guī)信號(hào)處理技術(shù)是難以進(jìn)行這些信息的提取，因此，在進(jìn)行處理聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)候，必須要重視其特征問(wèn)題。目前信號(hào)特征提取方法常用的有兩種，即高階譜特征提取法和分形特征提取法。分形理論是在信號(hào)自相似性的基礎(chǔ)上，對(duì)信號(hào)非線性特征進(jìn)行分析，這些自相似特征作為某些信號(hào)自身所存在的一些特性，其反映了該信號(hào)自身相似尺度的比例，由于其和信號(hào)的幅度等一些參數(shù)并無(wú)多大關(guān)系，因此，在分析過(guò)程中，其結(jié)果也會(huì)有所不同。而高階譜特征提取法可以提供比二階譜更為豐富且有用的信息，具有抗噪聲能力強(qiáng)和分辨率高等特點(diǎn)，通過(guò)該方法分析聲發(fā)射信號(hào)，可有效地將測(cè)量信號(hào)中的非高斯特征提取出來(lái)，獲取以往在信號(hào)分析和測(cè)量時(shí)沒(méi)有提取到的一些有用信息。

參考文獻(xiàn)

[1]吳小俊，王懷建.小波去噪在焊接裂紋聲發(fā)射信號(hào)處理中的應(yīng)用[J].熱加工工藝，2011，40（11）：176-178，181.

[2]聶鵬，王東磊，王哲峰等.刀具磨損聲發(fā)射信號(hào)處理中小波基選取的研究[J].工具技術(shù)，2009，43（1）：94-97.