裂纹声发射信号的回波传输机理及提取方法研究

声发射（AE）在重大装备关键部件裂纹监测中具有重要应用前景，但由于存在传输路径复杂、干扰噪声强而导致的裂纹信号产生畸变及信噪比低等问题，限制了其使用效果。本项目拟开展传播距离及界面影响下信号的传输机理、微弱裂纹信号提取及多裂纹源分离方法研究。包括：1）研究裂纹AE信号在小尺寸构件界面上的回波模型，且结合传播距离对信号的衰减特性，建立界面传输的数学模型，探寻频率、距离等对传输特性的影响；2）研究稀疏表示的裂纹提取方法，采用泛化高斯模型估计独立系数的概率密度函数，通过最大后验法估计信号成分，并通过收缩函数获得裂纹信号，实现强背景噪声下裂纹信号的提取；3）结合最小Shannon熵空间重构技术与独立分量分析技术，对多个裂纹源信号进行分离，为多裂纹源定位提供理论支持。本项目解决复杂传输路径和强背景噪声影响下裂纹AE监测的基础问题，对提高重大装备关键部件运行安全、推动AE技术的广泛应用都具有重要意义。

针对重大装备关键部件裂纹AE信号在传输过程中存在畸变及信噪比等问题，研究了1）AE信号在界面结构中的传输机理，建立了单层界面结构中AE信号的回波模型，在此基础上分析了传播时间、界面的接触长度以及构件厚度等因素影响下信号的传输特性，并通过实验分析和验证了材料、界面接触方法、接触面积等因素对信号传输特性的影响，最后把研究成果应用于石墨材料的成分分数检测，结果表明传输特性成果对传感器的安装等具有重要的指导意义和应用价值；2）研究了微弱单裂纹信号的提取方法，采用泛化高斯模型（GGM）在独立分量分析（ICA）空间中估计信号独立系数的概率密度函数（PDF），并利用最大后验（MAP）估计方法进行非线性去噪，获得了一种微弱裂纹信号的稀疏编码提取方法，在此基础上还提出了一种基于小波包和稀疏编码收缩去噪方法。研究成果表明研究的方法可提取出信号比低于-20 dB以下的微弱裂纹信号；3）研究了微弱多裂纹源提取方法，采用Fixed-point ICA算法和基于负熵的判据，对正定条件下的线性混合信号进行分离，提出了一种微弱裂纹信号的ICA盲源分离方法。此方法要求的正定条件在实际中很难满足要求，因而把噪声不作为源信号，研究了欠定条件下微弱多源AE的提取，提出了一种基于小波包分析与ICA的多源故障信号提取方法，即首先用小波包方法对含噪混合信号降噪预处理，然后采用ICA技术对降噪后的混合信号分离，最后对各通道分离出的信号用收缩函数进行频段内去噪处理。.本项目已累计发表（和录用）论文11篇，其中SCI收录3篇，EI/ISTP收录7篇；申请发明专利4项，3项实用新型专利授权；获得软件著作权1项；培养研究生3人，其中已毕业1人。本项目的研究成果为完善重大装备关键部件的有效监测提供了理论指导，对提高关键部件的运行安全、推动AE技术的广泛应用具有重要实际意义。