[讨论]冲击弹性波信号的另一张脸

发表于2015-04-22     731人浏览     0人跟帖     总热度:13  

在无损检测行业,对冲击弹性波信号的处理我们一般都是在时域进行,也就是说我们直接看原始波形,通过提取原始波形中的有效信息来分析判断被检测物体的尺寸啊、质量啊亦或者内部缺陷啊等等。然而除了在时域进行分析判断以外,我们还有另一种方法,甚至可以说有时比直接看原始波形更好的方法,那就是频谱分析的方法。

频谱(Spectrum)的一般概念是对复杂组分分解为单纯成分。波的频谱分析是对合成波的分解,将其分解为一个个具有单独频率和初始相位的单纯波。

频谱分析的方法有很多,最广为人知的是傅立叶变换和高速傅立叶变换(简称 FFT)。近些年,最大熵法(简称 MEM)、小波变换也得到了飞速的发展。

无损检测技术中,运用的最多的就是高速傅立叶变换(简称 FFT)和最大熵法(简称 MEM)。

傅立叶变换的基本概念是把波分解为Sin波或Cos波。分解出的各种Sin(Cos)波的频率、振幅和相位就是原始(合成)波的频谱。

冲击弹性波信号的另一张脸-042201

图1左边两种波合成后即为合成波的样子,图1右边则是将合成波进行傅立叶变换,即是进行频谱分析,显示为波1和波2的振幅和周期。

MEM(最大熵法,Maximum Entropy Method)分析法,在1967年就被提出,其分析的含义就是,在不增加熵的条件下推定信号的自相关系数,从而推算其频谱的方法。(其中一大堆公式我就不一一列举了,有感兴趣的朋友可以去四川升拓官网下载资料了解)

与FFT分析法相比,MEM具有以下几方面的特征:

(1)频谱分辨率非常高;

(2)适用于非 sin/cos 类信号;

(3)最大熵谱估计的分辨率与序列长度N2成反比,序列长度越长,分辨率越高。相比之下,传统谱(FFT)估计的分辨率与观察时间(序列长度N)成反比;

(4)解决了旁瓣泄漏问题。

但是,MEM分析法也有不少缺点,如果使用不当,会得出错误的结果。因此,使用MEM 法分析数据时,需要注意以下几点:

(1)自回归模型的次数M不易确定,对分析结果有较大影响。一般来说,次数越高,分辨率越好但出现伪频谱的危险性也越大;

(2)MEM是非线性分析方法。也就是说,两套数据迭加起来进行MEM分析的结果,与分别进行MEM分析后的结果叠加不一样的。此外,对测试数据进行带宽滤波、高通滤波、低通滤波后,产生伪频谱的危险性会大大增加;

(3)MEM分析中,对频谱的位置的分辨率很高,但对其振幅(高度)的分辨精度则无法保证。特别是当测试点数较少时,这种误差更加明显;

(4)对信噪比非常敏感。在低信噪比情况下,分辨率较差。因此,进行必要的预处理是有意义的。而这又提高了产生伪频的危险。

好了,冲击弹性波的频谱分析技术就介绍这么多,但还有很多东西上面都没有提到,如果想进一步深入了解,那就得麻烦各位朋友自行学习了。


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