聲發(fā)射源特征識別的最新方法淺談

?摘要? 本文介紹了多傳感器數(shù)據(jù)融合、時頻能量模式分析及分形理論識別聲發(fā)射源特征的方法，說明基于波形分析的現(xiàn)代信號處理技術(shù)是揭示聲發(fā)射源及信號傳播規(guī)律的重要手段。
??? 關(guān)鍵詞? 聲發(fā)射（AE） 多傳感器數(shù)據(jù)融合? 信時頻能量模式? 分形理論
??? 1? 前言
??? 與其他無損檢測方法相比，聲發(fā)射檢測技術(shù)有其自身優(yōu)點，尤其是對大型構(gòu)件的整體性檢測，更能表現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)、快速和合理的特點。工程上無損檢測的目的是為了對檢測對象的缺陷進(jìn)行定位、定量和定性分析。人們對聲發(fā)射源的定位（線性、平面和空間）和定量（能量、幅度、活性等）方面都進(jìn)行了較深入的研究，并且已經(jīng)制定了相應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T18182等）。但對聲發(fā)射源的定性方面研究得較少，其中的主要原因之一是聲發(fā)射儀器的制約，使人們無法對聲發(fā)射信號進(jìn)行全波形采集。隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計算機(jī)的測量技術(shù)也有了質(zhì)的提高。已經(jīng)出現(xiàn)了全波形數(shù)字化采集的聲發(fā)射儀器，這給聲發(fā)射源的定性識別帶來了可能，也有人開始進(jìn)行聲發(fā)射模式識別方面的研究[1,2]。對于聲發(fā)射波形的分析，我們根據(jù)采集到的波形進(jìn)行合理的軟硬件設(shè)置，以提取任何感興趣的聲發(fā)射參數(shù)，而這已經(jīng)大大超越傳統(tǒng)意義上的聲發(fā)射參數(shù)技術(shù)。另外，通常工程上使用的構(gòu)件都是一個方向的尺寸遠(yuǎn)小于另外兩個方向尺寸的板狀構(gòu)件，而從板波理論可知，聲發(fā)射信號在傳播過程中會產(chǎn)生多種模式的波，而不同模式的波其傳播速度不同，若能針對某一模式的波進(jìn)行時差和波速的計算，就能實現(xiàn)聲發(fā)射源更精確的定位。本文將簡述聲發(fā)射源識別的最新研究成果，主要包括：聲發(fā)射源的多傳感器數(shù)據(jù)融合識別技術(shù)、時頻能量模式分析技術(shù)和聲發(fā)射信號的分形處理技術(shù)。
??? 2? 聲發(fā)射源多傳感器數(shù)據(jù)融合識別技術(shù)
??? 在聲發(fā)射檢測中，為了達(dá)到較為精確的定位，通常采用時差定位方法，這就需要兩個或兩個以上的傳感器組合使用。如平面三角形定位，用三個傳感器為一個定位組。而在以前人們所做的聲發(fā)源特性識別方面的研究，都只是針對某一傳感器的信號進(jìn)行分析識別。由于聲發(fā)射信號具有瞬態(tài)性和隨機(jī)性，屬于非平穩(wěn)的隨機(jī)信號，并且是由一系列頻率和模式豐富的信號組成，而且在聲波的傳播過程中，又存在著衰減、反射、折射與模式轉(zhuǎn)換，所以對同一聲發(fā)射源的分析識別，定位組的各個傳感器的結(jié)果可能不相同。在這種情況下，要想獲得較高的識別可信度，就必須有一種方法對所獲得的矛盾信息進(jìn)行處理，對檢測到的信號進(jìn)行合理支配和使用，把多個傳感器關(guān)于同一聲發(fā)射源冗余或互補(bǔ)信息依照某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，減少識別過程中的不確定性，才能獲得對聲發(fā)射源的正確判斷。尤其是對同一檢測對象，我們采用不同類型的聲發(fā)射傳感器(如寬帶、諧振等)，到底更應(yīng)該相信那個傳感器的結(jié)果？更復(fù)雜的情況，當(dāng)同時存在超聲或者應(yīng)力應(yīng)變等傳感器的檢測結(jié)果時，如何利用所有類型和不同位置傳感器的信息，得到最為真實的結(jié)果，就顯得非常重要。
??? 2.1基于D-S理論的聲發(fā)射源識別方法[3]
??? 從聲發(fā)射源發(fā)出的信號經(jīng)過傳輸介質(zhì)到達(dá)傳感器，信號會發(fā)生變化或損失，各個傳感器檢測到的波形信號一般是不完整、不精確、模糊的，甚至可能是矛盾的，即包含著過程的不確定性。我們只能根據(jù)這些不確定性信息進(jìn)行分析推理，最終得出聲發(fā)射源的定性判別。不確定性推理最常用的方法有：Bayes方法和D-S證據(jù)理論兩種。與Bayes方法相比，D-S證據(jù)理論有一個非常突出的優(yōu)點，就是無需先驗概率和條件概率，這對聲發(fā)射檢測這類幾乎沒有先驗知識和專家?guī)斓男滦图夹g(shù)顯得非常有用，而且各個傳感器之間的證據(jù)是相互獨立的，每個定位組的探頭數(shù)一般為三、四個，推理鏈不長，使用D-S規(guī)則非常方便。