顧浩天

【摘 要】本文提出一種基于小波分析工具箱圖形接口工具（Graphical User Interface， GUI）的閾值法消噪方法。該方法是根據(jù)噪聲信號(hào)的特點(diǎn)以及閾值經(jīng)驗(yàn)公式通過對(duì)閾值等參數(shù)進(jìn)行反復(fù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)信噪分離。

【關(guān)鍵詞】小波分析；GUI；閾值法；信噪分離

【Abstract】A new threshold de-noising method based on wavelet analysis toolbox Graphical User Interface （GUI） is proposed. Based on the characteristics of the noise signal and the threshold empirical formula， through repeatedly setting up the threshold and other parameters，the method can achieve the signal noise separation.

【Key words】Wavelet analysis； GUI； Threshold value method； Signal noise separation

0 引言

小波分析具有多分辨率特點(diǎn)[1]，在時(shí)域和頻域都有表征信號(hào)局部信息的能力，時(shí)間窗和頻率窗都可以根據(jù)信號(hào)的具體形態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整。一般情況，低頻部分信號(hào)平穩(wěn)，可以降低時(shí)間分辨率提高頻率分辨率，高頻部分信號(hào)頻率變化不大可以降低頻率分辨率提高時(shí)間分辨率，換取精確時(shí)間定位，因此小波分析可以檢測正常信號(hào)中的瞬態(tài)奇異突變信號(hào)[2]，從強(qiáng)信號(hào)中提取出有用的弱信號(hào)，展示其關(guān)鍵頻率成分，特別適合于非平穩(wěn)信號(hào)的時(shí)頻分析。由于[3]聲發(fā)射信號(hào)是典型的非平穩(wěn)信號(hào)，而且具有衰減特性，并且我們的實(shí)驗(yàn)所采集的信號(hào)內(nèi)同時(shí)包含有很多噪聲信號(hào)，且存在很多特殊的信號(hào)點(diǎn)。因此綜合以上特點(diǎn)，在此選擇小波分析處理方法對(duì)采集所得的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分解，消噪，還原有用信號(hào)進(jìn)行初步處理。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

長春試驗(yàn)機(jī)研究所生產(chǎn)的高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)PLG-200C，以及美國PAC公司生產(chǎn)的6通道AE-WIN聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

上海振華港機(jī)運(yùn)輸軌道，由兩種或者三種金屬焊接而成。共有7種類型的實(shí)驗(yàn)試件，每種試件所采用兩種拉應(yīng)力分別是高載荷與中載荷。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)使用4個(gè)壓電傳感器作為媒介采集信號(hào)，使用了聲發(fā)射檢測系統(tǒng)中的4個(gè)采集通道。為了更好采集實(shí)驗(yàn)過程中的聲發(fā)射信號(hào)，使用丙酮作為耦合劑涂抹于試件與傳感器之間。采用自制的Ω形工具來固定傳感器[4]（固定效果不錯(cuò)，但可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲）。AE-WIN軟件參數(shù)閾值設(shè)置為基本閾值40db，按線定位方式對(duì)傳感器進(jìn)行定位設(shè)置。一切設(shè)置結(jié)束后，開始進(jìn)行斷鉛試驗(yàn)，進(jìn)行聲速測量，[5]耦合檢驗(yàn)和定位校準(zhǔn)，準(zhǔn)備工作完成，開始實(shí)驗(yàn)。

2 分析研究

本文主要對(duì)采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行波形分析，選取了一些特定階段的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行研究，所研究的信號(hào)在GUI中的具體波形及經(jīng)過參數(shù)設(shè)置處理后的波形如圖1所示：

很明顯，圖1中的原始信號(hào)具有一定的噪聲結(jié)構(gòu)，將其進(jìn)行小波分解的時(shí)候，選擇小波為db2，具有正則性[6]；當(dāng)選擇的小波為db1時(shí)，分解的時(shí)候低頻部分是方波形信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)畸變；選擇db3以上，重構(gòu)后的信號(hào)會(huì)不斷偏離原始信號(hào)。分解的層次選擇為2尺度分解，這個(gè)尺度能將低頻和高頻最完美的分離開來，大于這個(gè)尺度的分解模式會(huì)將一部分低頻信號(hào)進(jìn)入高頻部分，對(duì)結(jié)果不利。

去噪信號(hào)與原始信號(hào)相比較而言，信號(hào)明顯純凈了很多，曲線變得相對(duì)平滑，毛刺減少了不少，而且很多有用的信號(hào)并沒有失去。

圖2是二通道在試件發(fā)生裂紋時(shí)刻的原始信號(hào)以及低頻消噪信號(hào)，其中原始信號(hào)低頻消噪信號(hào)依然效果明顯，說明消噪?yún)?shù)設(shè)置得當(dāng)[7]。

3 最后結(jié)論

（1）利用小波分析GUI可以對(duì)所采集的原始信號(hào)進(jìn)行分解重構(gòu)并將低頻與高頻信號(hào)很好地分離開，其主要在于參數(shù)的恰當(dāng)設(shè)定。

（2）對(duì)低頻部分的消噪處理效果比較明顯，曲線比較平滑，[8]有用部分能夠很好保留下來。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王芳. 小波分析在信號(hào)去噪中的應(yīng)用研究[D].四川：西華大學(xué)，2009.

[2]董長虹.Mat lab小波分析工具箱原理及應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004：1.

[3]李孟源，尚振東，蔡海潮，董冠強(qiáng).聲發(fā)射檢測及信號(hào)處理[M].4版.北京：科學(xué)出版社，2010：5.

[4]楊杰.聲發(fā)射信號(hào)處理與分析技術(shù)的研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2005.

[5]趙志宏.基于振動(dòng)信號(hào)的機(jī)械故障特征提取與診斷研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2012.

[6]張德豐.MATLAB小波分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：92.

[7]周偉.基于MATLAB的小波分析應(yīng)用[M].2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010：10.

[8]飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.MATLAB6.5輔助小波分析與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003：111.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]