附加式微弱声发射信号增强装置、方法、设备及存储介质

本申请涉及结构健康监测，特别涉及一种附加式微弱声发射信号增强装置、方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、声发射(ae，acoustic emission)指材料在外载荷作用下，局部产生损伤时，损伤的应变能以应力波形式快速释放的物理现象。由于声发射信号源于损伤，信号含有材料损伤的相关信息，能够用于判断材料的损伤状态。为此，通过分析声发射信号，可以获得损伤位置、损伤类型和损伤程度等与声发射源相关的信息。声发射技术作为一种常用的无损检测手段，具有实时监测、环境适应性强、对构件的几何形状不敏感等特点，在石油化工、电力、材料试验、航空航天等领域具有广泛应用。

2、然而，声发射波在板结构中传播时易受衰减特性的影响，传感器接收到的ae信号有时非常微弱，若在强噪声的环境下，ae信号和噪声混杂在一起，将使信号分析变得更加困难；采用传感器采集ae信号时，为过滤掉噪声，常设置门限电压，使得ae信号和噪声的能量级相差较小时无法触发门限，导致遗漏声发射事件的发生，为此对于大型结构，往往不得不布置更多的传感器，从而大大增加监测成本。

3、为了提高声发射信号信噪比，常采用滤波、小波分析以及经验模态分解等方法进行降噪处理。滤波使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分，以滤除干扰噪声；小波降噪主要是首先通过选取合适的小波基函数和分解层数对信号实施小波变换，其次对不同层的小波系数进行处理削弱噪声信号，最后通过小波逆变换重构去噪后的信号。目前常用的小波去噪方法主要有小波阈值去噪、小波模极大值法以及小波尺度间相关法。经验模态分解将信号分解为有限个本征模态分量和一个残余项之和，通过对前k个本征模态进行阈值去噪处理，最后利用去噪后的前k个本征模态与剩下的本征模态分量及残余项即可重构得到去噪后的信号。

4、目前，现有技术中，中值滤波法、均值滤波法以及限幅滤波法等简单的去噪方法只能去除由于偶然因素引起的脉冲干扰，对于其他复杂噪声却难以有效降低。小波分析虽能够实现对具有多分辨率特性的非平稳信号的降噪，但该方法去噪效果与信号特点及小波基函数具有较大关联，当信噪比较小时，去噪效果不理想。经验模态分解方法能够对非线性、非平稳信号进行线性化和平稳化处理，并在分解过程中保留信号本身的特性，与小波分解相比，经验模态分解过程不需要选择基函数，但其算法缺乏严谨的数学基础，计算效率低，并存在模态混叠等问题。

5、综上所述，现有的基于信号处理的方法虽可以通过抑制噪声来增强由传感器测得的ae信号，从而提高声发射信号的信噪比，但始终无法在根本上解决声发射信号过于微弱而无法触发门限电压的问题，亟待解决。

技术实现思路

1、本申请提供一种附加式微弱声发射信号增强装置、方法、设备及存储介质，以解决现有技术声发射信号过于微弱，难以触发门限电压，容易导致声发射事件遗漏等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种附加式微弱声发射信号增强装置，包括：耦合面，用于引入目标声发射源产生声发射信号；内外曲面，用于构成预设方向的第一幂律厚度，并根据所述第一幂律厚度形成第一段声发射信号传播路径；以及传感器耦合平台，用于结合所述内外曲面，得到第二幂律厚度，并根据所述第二幂律厚度得到第二段声发射信号传播路径，并基于所述第一段声发射信号传播路径和所述第二段声发射信号传播路径，生成目标传播路径，以通过所述目标传播路径放大所述声发射信号。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，所述目标传播路径的整体厚度表达式为：

4、

5、其中，r0为所述传感器耦合平台的半径；r1为所述耦合面的内圈半径；r2为所述耦合面的外圈半径；m1和m2均为幂指数，且m1＝m2≥2；ε1和ε2均为常数，且h1为所述内外曲面中内曲线的顶点高度，h2为所述内外曲面中外曲线的顶点高度；d为常量，且d0为凸台最小厚度。

6、可选地，在本申请的一个实施例中，所述传感器耦合平台包括：传感器组件，用于采集或输出放大后的所述声发射信号。

7、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：构型模块，用于通过目标内外轮廓曲线绕原点旋转一周，生成所述内外表面。

8、可选地，在本申请的一个实施例中，所述目标内外轮廓曲线的数学表达式为：

9、

10、其中，y1为外轮廓曲线；y2为内轮廓曲线；r0为所述传感器耦合平台的半径；r1为所述耦合面的内圈半径；r2为所述耦合面的外圈半径；m1和m2为幂指数；ε1和ε2为常数；d为常量。

11、本申请第二方面实施例提供一种附加式微弱声发射信号增强方法，包括以下步骤：引入目标声发射源产生声发射信号；构成预设方向的第一幂律厚度，并根据所述第一幂律厚度形成第一段声发射信号传播路径；以及结合预设的内外曲面，得到第二幂律厚度，并根据所述第二幂律厚度得到第二段声发射信号传播路径，并基于所述第一段声发射信号传播路径和所述第二段声发射信号传播路径，生成目标传播路径，以通过所述目标传播路径放大所述声发射信号。

12、可选地，在本申请的一个实施例中，所述目标传播路径的整体厚度表达式为：

13、

14、其中，r0为传感器耦合平台的半径；r1为所述耦合面的内圈半径；r2为所述耦合面的外圈半径；m1和m2均为幂指数，且m1＝m2≥2；ε1和ε2均为常数，且h1为所述内外曲面中内曲线的顶点高度，h2为所述内外曲面中外曲线的顶点高度；d为常量，且d0为凸台最小厚度。

15、可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：通过预设传感器组件采集或输出放大后的所述声发射信号。

16、本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的附加式微弱声发射信号增强方法。

17、本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的附加式微弱声发射信号增强方法。

18、由此，本申请的实施例具有以下有益效果：

19、本申请的实施例可包括耦合面，用于引入目标声发射源产生声发射信号；内外曲面，用于构成预设方向的第一幂律厚度，并根据第一幂律厚度形成第一段声发射信号传播路径；传感器耦合平台，用于结合内外曲面，得到第二幂律厚度，并根据第二幂律厚度得到第二段声发射信号传播路径，并基于第一段声发射信号传播路径和第二段声发射信号传播路径，生成目标传播路径，以通过目标传播路径放大声发射信号，从而在有效保障被测件本身的力学性能的同时，提高声发射信号强度和信号的信噪比，可广泛应用于结构健康监测等领域。由此，解决了现有技术声发射信号过于微弱，难以触发门限电压，容易导致声发射事件遗漏等问题。

20、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种附加式微弱声发射信号增强装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标传播路径的整体厚度表达式为：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器耦合平台包括：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述目标内外轮廓曲线的数学表达式为：

6.一种附加式微弱声发射信号增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标传播路径的整体厚度表达式为：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求6-8任一项所述的附加式微弱声发射信号增强方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求6-8任一项所述的附加式微弱声发射信号增强方法。

技术总结
本申请涉及一种附加式微弱声发射信号增强装置、方法、设备及存储介质，其中，包括：耦合面，用于引入目标声发射源产生声发射信号；内外曲面，用于构成预设方向的第一幂律厚度，并根据第一幂律厚度形成第一段声发射信号传播路径；传感器耦合平台，用于结合内外曲面，得到第二幂律厚度，并根据第二幂律厚度得到第二段声发射信号传播路径，并基于第一段声发射信号传播路径和第二段声发射信号传播路径，生成目标传播路径，以通过目标传播路径放大声发射信号。由此，解决了现有技术声发射信号过于微弱，难以触发门限电压，容易导致声发射事件遗漏等问题。

技术研发人员：何田,符记,郭长东,刘献栋
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6