专利名称：一种低频宽带的声发射信号时差计算方法
技术领域：
一种低频宽带的声发射信号时差计算方法。
背景技术：
根据短时突发信号到达不同传感器的时间差进行定位是声发射检测中常用的精确定位方法，而各种算法中影响定位结果准确度的最主要因素是时间差的计算精度。最早采用的时差计算方法是阈值法，当传感器信号越过预设阈值时，声发射装置便开始记录信息，该方法适用于没有频散的信号。进入全波形分析时代后，最简便的时差计算方法莫过于广义互相关法(简称GCC法)，但是该方法在干扰较大的情况下效果不理想。其后出现的最受业界欢迎的时差计算方法是基于小波的时频分析方法。从公开的资料来看，小波工具的作用有二，一是确定信号中的主频率，二是对主频率信号进行小波变换求出时间差。基于主频对信号进行小波变换后，其小波系数的最大值(简称WTP方法)或过阈值点(简称WTT方法) 被确定为波达时间。这些方法对于实验环境下的信号比较有效，但是实际环境下信号频率特征多变，且干扰较大时，其效果就大打折扣。
常压条件下的大型压力容器声发射检测特别是储油罐声发射评估，其检测的声发射信号比较微弱，因此一般采用低频宽带的声发射传感器，以确保远传衰减小，其传感器带宽范围一般在20KHz和200KHz内。该频带内弯曲波的频散非常严重，以上方法都难以满足要求。因此需要寻找更为稳健的时差计算方法。本文发明的方法简称为WTM方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种采用低频宽带传感器时，配合定位算法使用的更稳健的声发射时差计算方法。
本发明的技术方案是由于低频段弯曲波频散严重，无法确定信号的主频率特征，因此需要选择传播速度未知的目标位置求解算法；先估算出频率范围，然后选择小波分析的频率步长，对每一频率的分解信号都求一次波达时间，每一通道最终的波达时间为各频率信号波达时间的中间值，根据波达时间再计算通道间的时差。
其具体步骤为
1)取出第I个传感器采集到的全波形信号X1,X1为长度为N的一维信号，采样频率为
F；
2)选择带宽分析范围为(FL，FH)和频率变化步长F0，FL是最低频率，FH是最高频率；
3)计算N和各频率Fn对应的尺度因子Sn(n=l，2…N)
N = (FH-FL)/FO+I
Sn= F / Fn ;
4)采用连续小波方法计算信号X各尺度Sn的小波因子小波基可根据需要选择，一般情况下可采用Gabor或Morlet小波基；
5)计算Wn对应的阈值，一般确定为其最大幅值的O.05-0. 2 ；6)计算Wn中越过阈值的起始点K1，广K1；N；
7)同样执行步骤1-6，计算其它通道越过阈值的起始点Ki，Κ,Ν ；
8)计算其它通道与通道一的时间差，例如第i通道先求(Kiin-K。)(n=l，2…N)的中间值K，然后T^K/F即为时差。
有益效果
本发明的特点一是不需要确定主频，二是采用非线性处理(取中间值)的方法排除严重的干扰信号所带来的影响。虽然不同通道取中间值处的频率可能不一致，但是事实上相差不远。实测表明，采用本方法计算时差，结合频率未知、传播速度未知的定位算法获得的定位结果其精度大大高于传统方法。
检测实例是在油罐底板选择3个位置进行多次断铅后，采用不同时差计算方法获得的定位结果，图I是检测实例的传感器布置和断铅位置图，图2是检测实例采用不同时差计算方法的定位结果分布图。


图I是检测实例的传感器布置和断铅位置图
图2是检测实例的不同时差计算方法的定位结果分布3是检测实例某一事件5个通道采集的连续信号波形和局部频谱特征。
具体实施例方式下面结合实例对本发明进行详细说明，5传感器的声发射信号见图3
1)取出第I个传感器采集到的全波形信号X(长度为8192点)，采样频率为2MHz ；
2)根据频谱，大致选择带宽分析范围为(20KHz，80KHz)，确定频率变化步长2KHz；
3)计算出N=31，以及各频率对应的尺度因子Sn=(n=l, 2-31)；
4)采用CWT连续小波(小波基为M0RLET)计算出信号各尺度的小波因子\，时频图为
5)计算Wn对应的阈值，确定为其最大幅值的O.I ；
6)计算Wn中越过阈值的起始点K1Γ K1 31 ;
7)同样执行步骤1-6，计算其它4个通道的时间K2
K3,! K3^ijKm K4’31，K5
8)计算通道2与通道一的时间差，先求(K2，n- Κ1；η) (η=1, 2-31)的中间值Κ=772，然后I^2=KziF=O. 386ms ;同样其它通道与通道I的时间差，结果分别为
O.468ms，O. 447ms，O. 740ms。
权利要求
1.一种低频宽带的声发射信号时差计算方法，包括以下步骤1)取出第I个传感器采集到的全波形信号X1,X1为长度为N的一维信号，采样频率为F；2)选择带宽分析范围为(FL，FH)和频率变化步长F0，FL是最低频率，FH是最高频率；3)计算N和各频率Fn对应的尺度因子Sn(n=l，2…N)N = (FH-FL)/FO+ISn= F / Fn ;4)采用连续小波方法计算信号X各尺度Sn的小波因子小波基可根据需要选择，一般情况下可采用Gabor或Morlet小波基；5)计算Wn对应的阈值，一般确定为其最大幅值的O.05-0. 2 ；6)计算Wn中越过阈值的起始点K1，广K1；N；7)同样执行步骤1-6，计算其它通道越过阈值的起始点Ki，Κ,Ν ；8)计算其它通道与通道一的时间差，例如第i通道先求(Kiin-K。)(n=l，2…N)的中间值K，然后T^K/F即为时差。
全文摘要
本发明公开了一种低频宽带的声发射信号时差计算方法，可用于传播速度未知条件下的声发射信号目标定位。本方法基于小波信号分析理论，对处于频散带宽内的信号用连续小波进行时频分析，对每一频率处的小波系数分别计算越过阈值的时间作为该频率处的波达时间，获得多个波达时间后，采用非线性算法(求中间值)确定每一通道的波达时间，然后求出通道之间的时间差。本算法适用于频散信号，由于频率特征不确定，故而需要结合未知传播速度的定位算法使用本方法。
文档编号G01S5/18GK102608575SQ20121004990
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者刘丽川, 张清民, 方卫红, 杨继平, 汪丽娟, 税爱社, 邬晓岚 申请人:方卫红