使用声学信号的时频特征对瓷器裂纹进行识别研究

使用声学信号的时频特征对瓷器裂纹进行识别研究

摘  要

瓷器缺陷主要表现为裂纹，裂纹是一种常见的结构损伤形式，目前裂纹检测方法主要有射线诊断、光学诊断、漏磁检测以及声学检测等，其中声学检测具有操作简单、快捷、经济和安全等优点，更适合本课题研究对象的裂纹检测。

本文利用声学信号的时频特征对瓷器裂纹进行识别研究。研究内容如下：(1) 基于声学的瓷器纹检测信号试验装置设计。在对声学裂纹检测原理分析的基础上，设计瓷器裂纹检测试验装置。该装置主要解决声音信号数据采集问题。初步研究信号特性参数，确定最佳实验方案。(2) 采集信号的数据预处理。应用MATLAB设计高通滤波器以尽可能消除提取信号内所含的噪声。(3) 瓷器信号特征参数的提取。分别从时域、频域对瓷器激励声音信号进行分析，提取完好瓷器和裂纹瓷器的时、频特征参数，综合各参数特性优点对裂纹进行识别。另外对信号进行时频分析 (4) 系统应用软件设计。从模块化的角度，对系统软件进行设计。设计的模块主要包括数据采集保存、文件读取、信号预处理与特征提取、裂纹识别等。

关键词：声发射学；裂纹；信号处理；傅里叶变换；概率密度

目  录

摘  要 I

Abstract II

1  绪  论 1

1.1  课题研究背景 1

1.1.1  国外研究现状 1

1.1.2  国内研究现状 2

1.2  课题研究目的及意义 3

1.3  课题主要研究内容 3

2  基于声发射学裂纹检测原理及检测系统 5

2.1  裂纹检测原理 5

2.1.1  声学基础知识 5

2.1.2  无损检测 7

2.2  检测系统实验设备组成 8

2.2.1  检测系统组成 8

2.2.2  声音信号的采集 8

2.2.3  影响声音信号特性的因素 9

2.2.4  实验参数的确定 9

2.3  MATALB软件平台介绍 10

2.3.1  MATLAB的简介 10

2.3.2  MATLAB特点 11

3  系统总体设计 12

3.1  系统总体流程图 12

3.2  检测信号噪声来源分析 13

3.3  检测信号的噪声的处理方法 13

3.3.1  有限冲激响应滤波器（FIR） 13

3.3.2  无限冲激响应（IIR） 15

3.3.3  数字高通滤波器的设计 16

3.4  检测信号的端点检测 17

4  信号特征参数提取与实验结果分析 19

4.1  瓷器时域特征参数提取与裂纹检测 19

4.1.1  概率密度直方图法 19

4.1.2  程序结果 20

4.1.3  结果分析 23

4.2  瓷器频域特征参数提取与裂纹检测 23

4.2.1  傅里叶变换频域分析法 23

4.2.2  程序结果 24

4.2.3  结果分析 26

4.3  实际应用 26

5  结  论 28

致  谢 29

参考文献 30

附  录 31

附录  部分程序代码 31