聲發射信號的分形處理技術

??? 在聲發射技術的各種應用中，泄漏檢測是一個相當重要的方面。下面結合管道的泄漏檢測技術來描述分形技術在聲發射信號處理中的應用。
??? 流體泄漏的主要特征是在泄漏處形成多相湍射流，這一湍射流不但使流體的正常流動發生紊亂，而且與管道相互作用，在管壁上形成寬頻應力波。檢測此應力波是發現泄漏的一個有效途徑，也正是聲發射檢漏的原理。要識別泄漏信號，必須找到與泄漏信號密切相關的特征。在實際工程檢測中，一般要求兩傳感器所能監測的距離盡量遠，但由于信號的衰減和外界噪聲的干擾，常常會造成誤判，所以要采取一些特殊而實用的處理手段，進行聲發射信號的分析，分形技術不失為一個好的方法。
??? 令r(t)表示時域泄漏信號，對于有限時間域[0,T]，功率譜密度為
??? 若r(t)具有分形特征，則存在一無標度區間（某個頻段）其功率譜密度與頻率間存在冪指數關系：
??? S(f)=K?f-β???????????????????????????????????????????????????????????????????
??? 其中K為常系數。
??? 而冪指數β與分維數D有如下關系：
??? D=(5-β)/2??????????????????????????????????????????????????????
??? 從現場實驗中，采集了噪聲信號和泄漏信號，并對其進行了功率譜分析。噪聲信號的功率譜分析結果如圖6所示，泄漏信號的功率譜分析結果如圖7所示。將對數功率譜曲線用最小2乘擬合直線可得到斜率β，再根據式(9)求得分形維數D，因為β與D是簡單的線性關系，所以可將β視為等價的分形特征數（與D區別，D稱為分形特征維數）。那么，根據泄漏聲發射信號存在頻段上的分形特征，我們可以用它對泄漏進行識別。其具體的步驟如下：
??? 1．假定AE信號r（t）是寬平穩信號，取某時段的信號進行功率譜估計；
??? 2．選取合適的無標度區間（某一頻段），對功率譜密度進行曲線擬合；
??? 3．計算信號的分形維數D(β)，若D>判據D0（β<β0）則泄漏存在。
??? 在文獻[1]中，經過實驗測定，選取頻段 [15，40]kHz，泄漏信號的分形特征數為β0=-3.5，能準確識別0.56Mpa內壓下，1mm泄漏孔所造成的氣體泄漏的存在，并且最遠的檢測距離能達到100m。
??? 聲發射信號的全波形采集技術給我們提供了更多的空間去探索聲發射源的特征和聲發射信號在介質中的傳播規律，不斷地應用現代信號分析方法去揭示聲發射現象的本質是聲發射技術的主要發展方向。