小波包分析在声发射信号特征提取中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

本课题的目的主要是，利用小波（包）分析所同时具有的时域和频域表征信号局部特征的能力，从繁杂的信号中提取信号特征。

声发射技术作为一种成熟的无损检测方法，已被广泛应用于多个领域。如：木质胶合板损伤的监测。主要包括断裂、脱胶、分层等。每一种损伤都对应特定的声发射信号。对于声发射信号等这类非平稳信号的分析与处理，小波包是一种重要的分析方法，能对声发射信号进行有效地分解并提取特征。

2. 国内外研究现状分析

声发射（acoustic emission,简称ae）是材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源性质的技术叫做声发射技术。

现代的声发射的研究工作在上世纪50年代后迅速发展起来。德国kaiser在1950-1953年开始进行声发射技术的研究，到了五十年代后期，研究的重点转到美国，而后在美国出现了研究高潮。schofield对声发射现象进行了广泛的研究，认为声发射来自材料的内部机制，还发现连续型信号对应变速率是敏感的。tatro从1956年开始寻找以声学技术检测金属滑移变形的可能性。dunegan对声发射技术的研究做了拓展，之前的ae检测多数都在声频范围进行，而这无疑会在噪声干扰方面遇到麻烦。dunegan等人则把实验频率提高到100khz-1mhz，这种进展为声发射技术从实验室研究阶段走向生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了有利条件。70年代，声发射技术的发展热潮转向日本及欧洲许多国家。70年代末到80年代中期，受到众多条件限制，声发射技术经历了由热变冷的过程。随着计算机技术和信号处理技术的迅速发展，80年代末，声发射技术又一次处于恢复和稳步发展的阶段。

七十年代初我国首先展开了金属和复合材料的声发射特性研究，1976年研制成第一台声发射仪，经过几代更新改造，已形成了从单通道到32通道的系列声发射仪器。1978年在中国无损检测学会成立了声发射专业委员会，并于1979年在黄山召开第一届全国声发射学术会议。八十年代初，我国学者进行过飞机机翼疲劳试验过程中的声发射监测的研究工作，在信号处理和识别技术方面积累了宝贵的经验。

3. 研究的基本内容与计划

对在实践中采集的木材的各种声发射信号，利用小波包分析法进行处理分析，从中提取各种损伤所对应的特征信号。

试验将选用matlab软件开发环境。首先，利用其中的小波工具箱，选择一个小波基，确定小波分解的层次n，进而对信号进行n层小波包分解，确定最佳小波包基后，对各个分解尺度下的高频系数选择一个适当的阈值进行阈值量化处理，根据第n层的小波包分解低频系数和量化处理系数进行小波重构。降噪处理结束后，再利用小波包方法从中提取出特征信号，并画出声发射信号时频图、能量谱。

计划：

4. 研究创新点

小波分析是在fourier分析的基础上发展起来的，又被称为多分辨分析。作为时-频分析方法，比fourier分析有许多本质的进步，在局部时-频分析中具有很强的灵活性。小波变换通过伸缩和平移运算对信号进行多尺度细化分析（multiscale analysis），是一种多分辨率视频分析方法，在时-频两域都具有很好的表征信号局部特征的能力，解决了许多傅里叶变换所不能解决的难题。

然而，小波分析虽是一种有效的时频分析方法,但由于分解尺度与信号的频率成正比,因此高频部分频率分辨率差。小波包分析给出了解决问题的途径，它对信号进行更加精细分析，在全频带对信号进行多层次地频带划分。除具有的良好时频局部化的优点外,小波包对分解的高频频率带作进一步的分解,小波包技术实现了将信号无冗余、无疏漏、正交地分解到独立的频带内,提高了频率分辨率,。

试验还采用了matlab软件开发环境，对信号进行小波包分析。matlab语言编程效率高，使用方便，扩充能力强，内容丰富，绘图方便等有点。利用matlab7.0软件中的小波工具箱，选择最优小波包基，实现小波分析方法。