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原文传递基于钢轨闪光焊闪光声音信号的采集与分析

论文题名：	基于钢轨闪光焊闪光声音信号的采集与分析
关键词：	钢轨闪光焊;声音信号;灰斑缺陷;小波去噪;时频分析法
摘要：	传统的钢轨焊接质量检测方法主要有破坏性检测和无损检测两种，破坏性检测为抽样检验，其结果并不能完全代表同批次全部焊接接头的质量情况，而且浪费大量的人力、物力;无损检测主要以X射线和超声波探伤为主，但是这类检测方法并不能准确检测出对钢轨焊接接头质量影响重大的灰斑等缺陷。因此，亟需寻找一种新的钢轨闪光焊焊接接头质量检测与评判途径，以弥补传统的检测方法所存在的不足。钢轨闪光焊中的闪光声音是焊接过程中接触的液态过梁爆破时产生的，而过梁爆破的稳定性与剧烈程度决定着焊接接头高温区域保护效果，由此可见，钢轨闪光焊焊接过程中的闪光声音信号中必然携带着有与焊接接头质量相关的重要信息。　　本论文在UN5-150ZB移动式钢轨闪光焊机的基础上设计了钢轨闪光焊多路信号同步试验采集系统软件与硬件:所设计制作的信号适配电路板实现了试验采集系统与闪光焊机原始监控系统之间的电气隔离与调理，基于虚拟仪器开发语言LabVIEW设计的采集软件系统，通过PCI-1710L数据采集板卡实现了对焊接电压、焊接电流、焊接位移、焊接油压四路信号的同步采集、数据回放显示等功能，通过现场采集、数据回放显示证明了所设计的钢轨闪光焊多路信号同步采集系统的可靠性以及实用性。　　采用8层sym4小波分解重构了与闪光声音信号同步采集的焊接电流、电压信号两路低频信号。通过焊接电流信号的小波降噪结果与传统的低通滤波器降噪结果的对比，进一步证实了建立在傅里叶变换基础之上的传统滤波方法不适合作为本论文待研究的焊接电流、焊接电压、闪光声音等非平稳信号的滤波工具。为了避免遗漏闪光声音信号中的有用信息，采用了4层db8小波包分解处于强噪环境下的闪光声音信号，利用“相似度对比法”有效滤除了原始闪光声音信号中的大功率谱值的高、低频噪声，通过对重构后的闪光声音信号进行傅里叶变换，得到真实闪光声音信号的频率范围为1050～3850Hz。　　利用LabVIEW实现了目前常用的四种时频分析方法（短时傅里叶变换、平滑伪Wigner-Ville分布、解析小波变换、Hilbert-Huang变换）的编程以及仿真，基于仿真结果总结归纳了该四种时频分析方法的优缺点;由于本课题采集的闪光声音信号数据量非常大(信号时长130s以上，采集频率12kHz)，当采用平滑伪Wigner-Ville分布对其进行时频分析时由于计算机内存的限制而根本无法完成，解析小波变换以及Hilbert-Huang变换在分析高频成分时其时频分辨率无法得到保证。通过综合比较，最终选择了算法简单、容易实现的短时傅里叶变换(STFT)对闪光声音信号进行时频分析。　　从STFT时频分析得到的二维彩色时频谱图中提取出了能量谱密度、加权平均频率两个特征量;将时间一能量谱密度趋势图以及时间—加权平均频率趋势图作为钢轨闪光焊焊接质量的评判手段，对采集的26对U75V钢轨焊接接头的灰斑缺陷进行判断:结果表明:基于闪光声音信号提取的特征量（能量谱密度、加权平均频率）能够较为准确地判断出焊接接头灰斑缺陷。
作者：	刘国庆
专业：	材料加工工程
导师：	吕其兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文