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原文传递一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法

专利名称：	一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法
摘要：	一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射信号辨识与应力无损检测方法，步骤如下：(1)以木结构规格材为研究对象，安装相应的传感器建立木材弯曲损伤的声发射采集系统，得到木材损伤过程的声发射信号；(2)对采集到的声发射信号进行滤波和小波分解，实现原始信号的预处理。(3)将小波重构后的信号进行EMD分解，获得用于Hilbert变换的声发射波形。(4)依据声发射重构波形的频域特性，确定不同声发射事件的特征频率。(5)通过瞬时频率统计不同类型声发射事件的数量，并计算相应的事件发生密度，最后利用声发射事件发生密度及其变化情况评价木材损伤过程中的应力状态。本发明简单易行，该方法可对木结构建筑的内部损伤进行实时动态的损伤监测与识别。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	李杨;许飞云;胡建中;贾民平;彭英;黄鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910443354.6
公开号：	CN110196283A
代理机构：	南京众联专利代理有限公司
代理人：	蒋昱
分类号：	G01N29/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2号
主权项：	1.一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法，包括以下步骤，其特征在于：步骤1、预先选定干燥且无明显缺陷的木结构规格材作为实验对象，采集被测试件在三点弯曲实验下产生的声发射信号；步骤2、对采集到的声发射信号进行高通滤波和小波分解与重构，实现原始信号的降噪处理；步骤3、对小波降噪后的声发射信号采用EMD算法将其分解为一系列IMF信号，并将与原信号相关性最大的IMF信号作为最终的AE信号；步骤4、通过希尔伯特Hilbert变换获得AE信号的瞬时频率；步骤5、根据不同AE信号的频率范围，统计AE事件的数量，并计算每个时刻的AE事件密度，从而判断木材试件弯曲损伤过程的应力状态。 2.根据权利要求1所述的一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法，其特征在于：步骤1中的声发射采集设备包括高速数据采集卡、单端谐振传感器以及前置放大器。 3.根据权利要求1所述的一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法，其特征在于：步骤2的具体步骤为：步骤2.1，采用切比雪夫I型高通滤波器滤除22kHz以下的声发射传感器信号，其中滤波器的阻带边缘频率设为22kHz，通带边缘频率设为24.5kHz；步骤2.2，对于滤波后的AE信号，通过小波分解与重构进行降噪处理，在小波变换中，设f(x)为平方可积函数，并对函数空间为L2(R)进行分析，即步骤2.3，选择基本小波函数ψ(x)，对原始信号进行多分辨分析，则式中：a为伸缩因子，a>0；b为平移因子，b可正可负；符号<>为内积；*表示共轭，式(1)称为连续小波变换，其等效的频域表达式为步骤2.4，通过分辨率分析将信号f(x)分解成不同的频带，即式中为信号f(x)中频率低于的成分；而怎为信号f(x)中频率介于2-J与2-(j-1)之间的成分，上式中的系数可由C0推导，即其中φ(x)为尺度函数，ψ(x)为小波基函数，尺度函数与小波基函数决定了低通滤波器H和高通滤波器G。 4.根据权利要求1所述的一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法，其特征在于：步骤3的具体步骤为步骤3.1，采用EMD对重构声发射信号进行分解，得到反映信号在每个时刻固有特性的IMF分量；步骤3.2，根据IMF分量与原信号的相关性来确定声发射信号的影响，即将相关性最强的IMF分量作为主分量用于判断和统计声发射事件。 5.根据权利要求1所述的一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法，其特征在于：步骤4的具体步骤为：步骤4.1，为了获得声发射信号的瞬时频率，对步骤3.2中所得的IMF分量进行Hilbert变换。对于任意连续函数X(t)，其Hilbert变换Y(t)可定义为步骤4.2，根据步骤4.1中的公式，可构造解析信号Z(t)为 Z(t)＝X(t)+iY(t)＝a(t)eiθ(t) 其中，a(t)＝[X2(t)+Y2(t)]1/2，由a(t)和θ(t)来定义信号Z(t)的幅值与角度。步骤4.3，使用θ(t)的时间导数来定义信号的瞬时频率，即 6.根据权利要求1所述的一种基于瞬时频率的木结构损伤声发射无损检测方法，其特征在于：步骤5的具体步骤为步骤5.1，根据事先确定的断裂声发射信号和形变声发射信号的频率范围，分别统计不同声发射事件的数量；步骤5.2，以60ms为间隔信号计算声发射事件发生的密度，最终将所有小段信号的计算结果拼接成完整的声发射事件密度变化曲线；步骤5.3，通过分析声发射波形与密度曲线，判断材料由应力引起的微观和宏观变化，从而得出材料损伤辨识的结论。
所属类别：	发明专利