基于小波包变换的复合材料声发射信号互相关分析和时延探究论文

时间:2018-09-26 材料毕业论文 我要投稿

  引 言

  随着大量新型无人机装备陆续研制和装备部队,对无人机机体大量使用的复合材料结构进行缺陷检测,是当前无人机部队技术保障中的技术难题。在复合材料的制造和使用过程中,不可避免地产生脱胶、减薄、变质、分层、孔洞等各种缺陷,大大影响结构的强度,还有可能造成灾难性的后果。由于声发射技术具有全面、准确和快速等特点,在航空领域,欧美等发达国家不但在飞机的研制过程中应用声发射技术进行飞机材料、零部件及整机疲劳损伤的研究。

  本文通过小波包对无人机复合材料的的声发射信号进行滤波处理,然后进行相关分析,进而通过时差法定位出声发射源的位置。

  1 方法介绍

  1.1 小波包分析

  小波包分解是使用给定的小波函数对信号进行分解,生成一组小波包基,每个基都提供了一种特定的信号编码方法,它能保留信号的全部能量,并对信号的特征进行准确的重构。这些小波包可以对给定信号进行多种分析和解释。

  综合考虑小波基函数的性质和超声回波信号的特点,要求:(1)小波具有很好的频域分辨率,即好的正则性;(2)必须是不完全对称的,这样可以尽可能多的保持信号不失真;(3)同一小波的消失矩和紧支集长度不同。根据声发射信号的特点,本文选取在时域和频域都具有较好正则性的Meyer小波对声发射信号进行分析和处理。Meyer小波在频域具有紧支集,能更好保证频域分析的分辨率;在时域的衰减快,时域特性也较好。

  1.2 时延估计

  利用互相关分析,找到小波包处理后信号互相关系数最大值对应时刻,就可以确定2个或多个传感器接收到信号的时差,进而利用时差法定位出声发射源的位置。将互相关系数曲线峰值所对应的横坐标与采样点数相减,再乘以采样间隔时间就得到了2个信号的时间延迟。

  因为实测声发射信号中含有大量噪声信号,所以需要进行去噪处理。本文利用小波包变换对信号进行分解后,找到有意义的频段进行重构;利用互相关分析重构后信号,确定传感器接收到信号的时差,再利用时延估计进行声发射源定位。

  2 试验验证

  本试验采用的断铅声发射源是在玻璃纤维蒙皮试件上以规格为25mm×Φ0.5mm的铅芯与试件平面成30°折断时发出的信号作为标准声发射源。试件尺寸为250mm×150mm×15mm,结构为“蒙皮—蜂窝结构—蒙皮”,本试验在蒙皮表面完成,蒙皮内部为正交铺设的层合板,波速采用板波中的S0波进行标定,标定波速为2600m/s。试验采用DS2系列全信息声发射信号分析仪,传感器接触面为陶瓷材料,采样频率为3MHz。传感器布置如图2所示。利用断铅依次在试件上选择11个点进行试验,每个点重复20次采集数据。由于实验点与传感器的夹角在27°~63°之间,在此角度范围内波声速变化不大(最大为150m/s),故而标定波速为2600m/s。

  3 结 论

  本文采用小波包和互相关分析,实现了无人机复合材料声发射信号的时延估计,推动了准确反演声发射源方法。通过无人机复合材料的声发射试验验证,表明该方法能够提供准确的声发射源定位,若要进一步提高声发射源的定位精度,需要充分考虑正交层合板中传播角度不同对波速的影响。

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