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    基于小波分析的木材干燥過程的聲發(fā)射信號(hào)的去噪研究

    2014-11-28 14:00:01趙海龍丁馨曾申柯南李明
    綠色科技 2014年10期

    趙海龍 丁馨曾 申柯南 李明

    摘要:指出了木材結(jié)構(gòu)的各向異性導(dǎo)致了木材聲發(fā)射信號(hào)的提取的困難性。小波分析作為信號(hào)和信息的處理工具由于其優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)可,特別是在去噪方面,小波的多分辨分析、相關(guān)性、低墑性使其在去噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。聲發(fā)射技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè)技術(shù),它不僅能對(duì)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),還能對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

    關(guān)鍵詞:木材干燥;小波分析;聲發(fā)射;信號(hào)去噪

    中圖分類號(hào):TN911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16749944(2014)10022903

    1引言

    木材干燥是木材加工過程的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確控制木材干燥過程中的溫度、濕度、木材含水率,對(duì)保證木材的干燥質(zhì)量,降低干燥能耗與成本,提高干燥速度等意義重大[1]。

    聲發(fā)射(acoustic emission AE)是指物體或者材料的內(nèi)部因能量的快速釋放而發(fā)出彈性波的物理現(xiàn)象[2]。 而聲發(fā)射信號(hào)是指一個(gè)或者多個(gè)AE事件經(jīng)傳感器接收并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號(hào)[3]。聲發(fā)射信號(hào)中包含著很多聲發(fā)射源特性的重要信息,例如材料開裂的位置、時(shí)間,以及開裂趨勢(shì)等等。通過對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)的處理與分析來檢測(cè)材料內(nèi)部的聲發(fā)射源的狀態(tài)信息,以評(píng)估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征,從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)與性能,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部特性的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象實(shí)施動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè),這也是它同傳統(tǒng)的無損檢測(cè)間的本質(zhì)區(qū)別。

    鑒于聲發(fā)射技術(shù)本身的特點(diǎn),聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如沖擊載荷下巖石聲發(fā)射信號(hào)的分析[4]、管道的無損檢測(cè)[5]等。近幾年聲發(fā)射技術(shù)被引用到了木材領(lǐng)域,用于分析木材在干燥過程中木材內(nèi)部特性的變化、檢測(cè)木材內(nèi)部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內(nèi)部的AE信號(hào)很微弱且在采集的過程中有很多噪聲,這就給獲得真實(shí)的木材AE信號(hào)帶來困難,同時(shí)筆者查找大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)人們?cè)趯?duì)聲發(fā)射信號(hào)分析時(shí)都是直接拿來進(jìn)行分析而對(duì)于怎樣獲得真實(shí)AE信號(hào)很少提及。為了能很好地對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析,獲得真實(shí)的信號(hào)是前提。筆者依據(jù)相關(guān)課題的研究提出一種木材在干燥過程中對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行去噪以獲得真實(shí)的木材聲發(fā)射信號(hào)的方法。

    2木材聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)

    木材是天然生長(zhǎng)的植物材料,與各向同性的材料如金屬、陶瓷、巖石等不同,具有各向異性和形狀不規(guī)則性以及變異性,木材在自然失水、干燥和受載時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)十分微弱且為動(dòng)態(tài)信號(hào)易被噪聲干擾,這樣就給AE信號(hào)的獲取帶來了很大的困難。

    木材在干燥過程中的聲發(fā)射信號(hào)主要有兩部分組成:木材內(nèi)部自由水的蒸發(fā),與木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)水分空穴化過程的聲發(fā)射信號(hào);木材干燥過快時(shí)自身變形開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)[1]。

    3小波分析去噪

    在木材的聲發(fā)射信號(hào)的提取過程中,聲發(fā)射信號(hào)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程,通常十分微弱,且由于外在條件的存在產(chǎn)生了很多的噪聲,這樣采用常規(guī)的去噪方式就很難達(dá)到去噪效果。在研究木材的AE信號(hào)時(shí),通常要確定AE的發(fā)生時(shí)刻,如果只單純通過時(shí)域分析或者頻域分析很難滿足AE信號(hào)的分析要求。小波變換可以將信號(hào)分解到低頻的尺度空間和包含細(xì)節(jié)的小波空間中,從而既可以看到信號(hào)的全貌,又可以分析信號(hào)的細(xì)節(jié),并可以聚焦到任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時(shí)頻域處理,它在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的多分辨率特性,從而被譽(yù)為信號(hào)分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

    5總結(jié)

    本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發(fā)射信號(hào)時(shí)去噪的一種方法,能在一定程度上解決軟件去噪的不精確和硬件去噪的昂貴。這樣就能為木材聲發(fā)射信號(hào)的研究提供更為真實(shí)的信號(hào),對(duì)木材AE信號(hào)的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè)技術(shù),能對(duì)研究對(duì)象的缺陷給予動(dòng)態(tài)檢測(cè)以

    圖3小波去噪效果

    及發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè),這樣就可以對(duì)缺陷提前采取相應(yīng)措施以降低缺陷造成的危害,這對(duì)木材的研究特別是古木、木建筑的研究保護(hù),提供了技術(shù)的支持。

    參考文獻(xiàn):

    [1]丁小康,張祥雪,郝燕華.木材干燥過程中聲發(fā)射信號(hào)分析[J].木材工業(yè),2012,26(3):40~43.

    [2] 楊明緯.聲發(fā)射檢測(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

    [3]孫建平,王逢瑚,朱曉冬.基于聲發(fā)射技術(shù)的木材損傷過程監(jiān)測(cè)[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),2006,26(4):344~348.

    [4]凌同華,廖艷程,張勝.沖擊荷載下巖石聲發(fā)射信號(hào)能量特征的小波包分析[J].振動(dòng)與沖擊,2010,29(10):127~130. [5]焦敬品,何存富,吳斌.管道聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].無損檢測(cè),2003,25(10):519~523.

    [6]胡富仁,王國(guó)榮,石永華.LabVIEW平臺(tái)中利用小波分析實(shí)現(xiàn)焊接電流信號(hào)的去噪[J].電焊機(jī),2008,38(5):46~49.

    [7]侯寧.基于小波分析的信號(hào)去噪方法[J].化學(xué)工程與裝備,2009(8):137~138.

    [8]朱艷芹,郭鑫.基于LabVIEW的小波去噪算法的研究[J].電子測(cè)試,2010(2):46~49.

    [9]Markku Tiitta ,Laura Tomppo,Reijo Lappalainen . Combined acoustic and electric method for monitoring wood drying process: A review [J].Wood Material Science & Engineering.2010,3:78~83.

    [10]唐琳,朱目成,王雅萍.基于小波分析的信號(hào)去噪處理[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011(2).endprint

    摘要:指出了木材結(jié)構(gòu)的各向異性導(dǎo)致了木材聲發(fā)射信號(hào)的提取的困難性。小波分析作為信號(hào)和信息的處理工具由于其優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)可,特別是在去噪方面,小波的多分辨分析、相關(guān)性、低墑性使其在去噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。聲發(fā)射技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè)技術(shù),它不僅能對(duì)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),還能對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

    關(guān)鍵詞:木材干燥;小波分析;聲發(fā)射;信號(hào)去噪

    中圖分類號(hào):TN911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16749944(2014)10022903

    1引言

    木材干燥是木材加工過程的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確控制木材干燥過程中的溫度、濕度、木材含水率,對(duì)保證木材的干燥質(zhì)量,降低干燥能耗與成本,提高干燥速度等意義重大[1]。

    聲發(fā)射(acoustic emission AE)是指物體或者材料的內(nèi)部因能量的快速釋放而發(fā)出彈性波的物理現(xiàn)象[2]。 而聲發(fā)射信號(hào)是指一個(gè)或者多個(gè)AE事件經(jīng)傳感器接收并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號(hào)[3]。聲發(fā)射信號(hào)中包含著很多聲發(fā)射源特性的重要信息,例如材料開裂的位置、時(shí)間,以及開裂趨勢(shì)等等。通過對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)的處理與分析來檢測(cè)材料內(nèi)部的聲發(fā)射源的狀態(tài)信息,以評(píng)估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征,從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)與性能,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部特性的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象實(shí)施動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè),這也是它同傳統(tǒng)的無損檢測(cè)間的本質(zhì)區(qū)別。

    鑒于聲發(fā)射技術(shù)本身的特點(diǎn),聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如沖擊載荷下巖石聲發(fā)射信號(hào)的分析[4]、管道的無損檢測(cè)[5]等。近幾年聲發(fā)射技術(shù)被引用到了木材領(lǐng)域,用于分析木材在干燥過程中木材內(nèi)部特性的變化、檢測(cè)木材內(nèi)部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內(nèi)部的AE信號(hào)很微弱且在采集的過程中有很多噪聲,這就給獲得真實(shí)的木材AE信號(hào)帶來困難,同時(shí)筆者查找大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)人們?cè)趯?duì)聲發(fā)射信號(hào)分析時(shí)都是直接拿來進(jìn)行分析而對(duì)于怎樣獲得真實(shí)AE信號(hào)很少提及。為了能很好地對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析,獲得真實(shí)的信號(hào)是前提。筆者依據(jù)相關(guān)課題的研究提出一種木材在干燥過程中對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行去噪以獲得真實(shí)的木材聲發(fā)射信號(hào)的方法。

    2木材聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)

    木材是天然生長(zhǎng)的植物材料,與各向同性的材料如金屬、陶瓷、巖石等不同,具有各向異性和形狀不規(guī)則性以及變異性,木材在自然失水、干燥和受載時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)十分微弱且為動(dòng)態(tài)信號(hào)易被噪聲干擾,這樣就給AE信號(hào)的獲取帶來了很大的困難。

    木材在干燥過程中的聲發(fā)射信號(hào)主要有兩部分組成:木材內(nèi)部自由水的蒸發(fā),與木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)水分空穴化過程的聲發(fā)射信號(hào);木材干燥過快時(shí)自身變形開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)[1]。

    3小波分析去噪

    在木材的聲發(fā)射信號(hào)的提取過程中,聲發(fā)射信號(hào)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程,通常十分微弱,且由于外在條件的存在產(chǎn)生了很多的噪聲,這樣采用常規(guī)的去噪方式就很難達(dá)到去噪效果。在研究木材的AE信號(hào)時(shí),通常要確定AE的發(fā)生時(shí)刻,如果只單純通過時(shí)域分析或者頻域分析很難滿足AE信號(hào)的分析要求。小波變換可以將信號(hào)分解到低頻的尺度空間和包含細(xì)節(jié)的小波空間中,從而既可以看到信號(hào)的全貌,又可以分析信號(hào)的細(xì)節(jié),并可以聚焦到任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時(shí)頻域處理,它在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的多分辨率特性,從而被譽(yù)為信號(hào)分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

    5總結(jié)

    本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發(fā)射信號(hào)時(shí)去噪的一種方法,能在一定程度上解決軟件去噪的不精確和硬件去噪的昂貴。這樣就能為木材聲發(fā)射信號(hào)的研究提供更為真實(shí)的信號(hào),對(duì)木材AE信號(hào)的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè)技術(shù),能對(duì)研究對(duì)象的缺陷給予動(dòng)態(tài)檢測(cè)以

    圖3小波去噪效果

    及發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè),這樣就可以對(duì)缺陷提前采取相應(yīng)措施以降低缺陷造成的危害,這對(duì)木材的研究特別是古木、木建筑的研究保護(hù),提供了技術(shù)的支持。

    參考文獻(xiàn):

    [1]丁小康,張祥雪,郝燕華.木材干燥過程中聲發(fā)射信號(hào)分析[J].木材工業(yè),2012,26(3):40~43.

    [2] 楊明緯.聲發(fā)射檢測(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

    [3]孫建平,王逢瑚,朱曉冬.基于聲發(fā)射技術(shù)的木材損傷過程監(jiān)測(cè)[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),2006,26(4):344~348.

    [4]凌同華,廖艷程,張勝.沖擊荷載下巖石聲發(fā)射信號(hào)能量特征的小波包分析[J].振動(dòng)與沖擊,2010,29(10):127~130. [5]焦敬品,何存富,吳斌.管道聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].無損檢測(cè),2003,25(10):519~523.

    [6]胡富仁,王國(guó)榮,石永華.LabVIEW平臺(tái)中利用小波分析實(shí)現(xiàn)焊接電流信號(hào)的去噪[J].電焊機(jī),2008,38(5):46~49.

    [7]侯寧.基于小波分析的信號(hào)去噪方法[J].化學(xué)工程與裝備,2009(8):137~138.

    [8]朱艷芹,郭鑫.基于LabVIEW的小波去噪算法的研究[J].電子測(cè)試,2010(2):46~49.

    [9]Markku Tiitta ,Laura Tomppo,Reijo Lappalainen . Combined acoustic and electric method for monitoring wood drying process: A review [J].Wood Material Science & Engineering.2010,3:78~83.

    [10]唐琳,朱目成,王雅萍.基于小波分析的信號(hào)去噪處理[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2011(2).endprint

    摘要:指出了木材結(jié)構(gòu)的各向異性導(dǎo)致了木材聲發(fā)射信號(hào)的提取的困難性。小波分析作為信號(hào)和信息的處理工具由于其優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)可,特別是在去噪方面,小波的多分辨分析、相關(guān)性、低墑性使其在去噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。聲發(fā)射技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè)技術(shù),它不僅能對(duì)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),還能對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

    關(guān)鍵詞:木材干燥;小波分析;聲發(fā)射;信號(hào)去噪

    中圖分類號(hào):TN911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16749944(2014)10022903

    1引言

    木材干燥是木材加工過程的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確控制木材干燥過程中的溫度、濕度、木材含水率,對(duì)保證木材的干燥質(zhì)量,降低干燥能耗與成本,提高干燥速度等意義重大[1]。

    聲發(fā)射(acoustic emission AE)是指物體或者材料的內(nèi)部因能量的快速釋放而發(fā)出彈性波的物理現(xiàn)象[2]。 而聲發(fā)射信號(hào)是指一個(gè)或者多個(gè)AE事件經(jīng)傳感器接收并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號(hào)[3]。聲發(fā)射信號(hào)中包含著很多聲發(fā)射源特性的重要信息,例如材料開裂的位置、時(shí)間,以及開裂趨勢(shì)等等。通過對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)的處理與分析來檢測(cè)材料內(nèi)部的聲發(fā)射源的狀態(tài)信息,以評(píng)估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征,從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)與性能,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部特性的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象實(shí)施動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè),這也是它同傳統(tǒng)的無損檢測(cè)間的本質(zhì)區(qū)別。

    鑒于聲發(fā)射技術(shù)本身的特點(diǎn),聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如沖擊載荷下巖石聲發(fā)射信號(hào)的分析[4]、管道的無損檢測(cè)[5]等。近幾年聲發(fā)射技術(shù)被引用到了木材領(lǐng)域,用于分析木材在干燥過程中木材內(nèi)部特性的變化、檢測(cè)木材內(nèi)部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內(nèi)部的AE信號(hào)很微弱且在采集的過程中有很多噪聲,這就給獲得真實(shí)的木材AE信號(hào)帶來困難,同時(shí)筆者查找大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)人們?cè)趯?duì)聲發(fā)射信號(hào)分析時(shí)都是直接拿來進(jìn)行分析而對(duì)于怎樣獲得真實(shí)AE信號(hào)很少提及。為了能很好地對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析,獲得真實(shí)的信號(hào)是前提。筆者依據(jù)相關(guān)課題的研究提出一種木材在干燥過程中對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行去噪以獲得真實(shí)的木材聲發(fā)射信號(hào)的方法。

    2木材聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)

    木材是天然生長(zhǎng)的植物材料,與各向同性的材料如金屬、陶瓷、巖石等不同,具有各向異性和形狀不規(guī)則性以及變異性,木材在自然失水、干燥和受載時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)十分微弱且為動(dòng)態(tài)信號(hào)易被噪聲干擾,這樣就給AE信號(hào)的獲取帶來了很大的困難。

    木材在干燥過程中的聲發(fā)射信號(hào)主要有兩部分組成:木材內(nèi)部自由水的蒸發(fā),與木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)水分空穴化過程的聲發(fā)射信號(hào);木材干燥過快時(shí)自身變形開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)[1]。

    3小波分析去噪

    在木材的聲發(fā)射信號(hào)的提取過程中,聲發(fā)射信號(hào)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程,通常十分微弱,且由于外在條件的存在產(chǎn)生了很多的噪聲,這樣采用常規(guī)的去噪方式就很難達(dá)到去噪效果。在研究木材的AE信號(hào)時(shí),通常要確定AE的發(fā)生時(shí)刻,如果只單純通過時(shí)域分析或者頻域分析很難滿足AE信號(hào)的分析要求。小波變換可以將信號(hào)分解到低頻的尺度空間和包含細(xì)節(jié)的小波空間中,從而既可以看到信號(hào)的全貌,又可以分析信號(hào)的細(xì)節(jié),并可以聚焦到任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時(shí)頻域處理,它在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的多分辨率特性,從而被譽(yù)為信號(hào)分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

    5總結(jié)

    本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發(fā)射信號(hào)時(shí)去噪的一種方法,能在一定程度上解決軟件去噪的不精確和硬件去噪的昂貴。這樣就能為木材聲發(fā)射信號(hào)的研究提供更為真實(shí)的信號(hào),對(duì)木材AE信號(hào)的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)的無損檢測(cè)技術(shù),能對(duì)研究對(duì)象的缺陷給予動(dòng)態(tài)檢測(cè)以

    圖3小波去噪效果

    及發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè),這樣就可以對(duì)缺陷提前采取相應(yīng)措施以降低缺陷造成的危害,這對(duì)木材的研究特別是古木、木建筑的研究保護(hù),提供了技術(shù)的支持。

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