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基于声学特性的裂纹缺陷检测方法研究

作 者: 田双蜀
导 师: 谢植
学 校: 东北大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 保护套管 裂纹检测 声音信号处理 小波分析 参数识别
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 14次
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内容摘要


保护套管中存在的裂纹缺陷严重影响着测温传感器的合格率。将有裂纹缺陷的保护套管剔除,不仅能够提高测温传感器的合格率,而且可以降低生产成本。本文以实现保护套管裂纹的自动识别为目的,完成如下工作。(1)声学裂纹检测原理分析。通过分析保护套管的声学裂纹检测原理,了解到裂纹缺陷会导致敲击保护套管发出的声音信号频率和振型发生变化,进而可用频率和振型的相关特征来判断保护套管是否存在裂纹。(2)声音信号的检测与预处理。检测系统包括声音信号激励和采集装置,本文对声音信号的激励产生装置、采集传感器、信号调理电路、数据采集卡及采集参数进行了选择与设计。通过大量试验和数据分析,确定了传声器放置位置、敲击力度、管的放置形式,并对信号进行了消除趋势项、截取和降噪等预处理,初步研究信号特性参数,确定了试验方案。(3)经典方法的声音信号分析与特征提取。从时域和频域分析声音信号,提取有、无裂纹保护套管的特征参数,包括信号强度、信号能量、功率谱峰值、功率普X轴质心、功率谱Y轴质心等。对特征参数进行分类统计,找出了能够区分有、无裂纹保护套管的参数,应用这些参数对保护套管是否存在裂纹进行了判断。(4)基于小波的分析方法。对小波包节点能量进行处理,找出声音信号不同频段能量随位置的变化规律,总结无裂纹保护套管声音信号随位置的变化规律。运用两个裂纹识别指标:基于小波包能量的平方比指标和基于小波包能量的比值指标对裂纹缺陷进行了识别。应用两种方法成功的对保护套管裂纹的有、无进行了判别,使保护套管的裂纹的识别率达到了生产要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题研究的目的及意义  10
  1.2 国内外裂纹检测研究现状  10-12
  1.3 声学在缺陷检测中的应用  12-13
    1.3.1 声辐射特性在缺陷检测中的应用  12-13
    1.3.2 声发射特性在缺陷检测中的应用  13
  1.4 本文研究的主要内容  13-16
第2章 声学裂纹检测原理  16-26
  2.1 声学振动基本理论  16-19
    2.1.1 振动学基础  16-17
    2.1.2 声学基础  17-19
  2.2 声音与声源振动关系  19-21
  2.3 裂纹对保护套管振动声音的影响  21-26
    2.3.1 裂纹对频率的影响  21-23
    2.3.2 裂纹对振型的影响  23-26
第3章 试验数据采集及其预处理  26-38
  3.1 试验对象  26
  3.2 数据采集系统设计  26-29
    3.2.1 激励装置  26-28
    3.2.2 声音信号采集系统  28-29
  3.3 数据预处理  29-38
    3.3.1 消除多项式趋势项  29-31
    3.3.2 数据的截取  31-35
    3.3.3 信号降噪  35-38
第4章 声音信号分析及特征提取  38-50
  4.1 声音信号的处理  38-41
    4.1.1 信号的傅里叶变换  38-39
    4.1.2 信号的功率谱估计  39-41
  4.2 时域和频域的特征参数提取  41-48
    4.2.1 时域分析  41-44
    4.2.2 功率谱分析  44-48
  4.3 试验结果分析  48-50
    4.3.1 试验结果  48-49
    4.3.2 试验误差来源分析  49-50
第5章 小波分析在裂纹检测中的应用  50-70
  5.1 小波变换理论  50-55
    5.1.1 小波变换的定义  50-51
    5.1.2 多分辨分析  51-53
    5.1.3 小波包分析  53-55
  5.2 常见小波函数及小波基的选取  55-59
    5.2.1 常见小波函数及其性质  55-57
    5.2.2 小波基的选取  57-59
  5.3 小波分析的裂纹缺陷识别中的应用  59-69
    5.3.1 保护套管敲击试验模型  60-61
    5.3.2 小波包节点能量振型统计  61-63
    5.3.3 基于小波包能量的平方比指标的裂纹特征识别  63-66
    5.3.4 基于小波包能量的比值指标的裂纹特征识别  66-69
  5.4 试验结果分析  69-70
第6章 结论与展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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