趙海龍　丁馨曾　申柯南　李明

摘要：指出了木材結(jié)構(gòu)的各向異性導(dǎo)致了木材聲發(fā)射信號的提取的困難性。小波分析作為信號和信息的處理工具由于其優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)可，特別是在去噪方面，小波的多分辨分析、相關(guān)性、低墑性使其在去噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢。聲發(fā)射技術(shù)是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，它不僅能對缺陷進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)監(jiān)測，還能對發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：木材干燥；小波分析；聲發(fā)射；信號去噪

中圖分類號：TN911文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）10022903

1引言

木材干燥是木材加工過程的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確控制木材干燥過程中的溫度、濕度、木材含水率，對保證木材的干燥質(zhì)量，降低干燥能耗與成本，提高干燥速度等意義重大[1]。

聲發(fā)射（acoustic emission AE）是指物體或者材料的內(nèi)部因能量的快速釋放而發(fā)出彈性波的物理現(xiàn)象[2]。 而聲發(fā)射信號是指一個或者多個AE事件經(jīng)傳感器接收并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號[3]。聲發(fā)射信號中包含著很多聲發(fā)射源特性的重要信息，例如材料開裂的位置、時間，以及開裂趨勢等等。通過對采集到的聲發(fā)射信號的處理與分析來檢測材料內(nèi)部的聲發(fā)射源的狀態(tài)信息，以評估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征，從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)與性能，實(shí)現(xiàn)對材料內(nèi)部特性的動態(tài)檢測。聲發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)對檢測對象實(shí)施動態(tài)的無損檢測，這也是它同傳統(tǒng)的無損檢測間的本質(zhì)區(qū)別。

鑒于聲發(fā)射技術(shù)本身的特點(diǎn)，聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如沖擊載荷下巖石聲發(fā)射信號的分析[4]、管道的無損檢測[5]等。近幾年聲發(fā)射技術(shù)被引用到了木材領(lǐng)域，用于分析木材在干燥過程中木材內(nèi)部特性的變化、檢測木材內(nèi)部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內(nèi)部的AE信號很微弱且在采集的過程中有很多噪聲，這就給獲得真實(shí)的木材AE信號帶來困難，同時筆者查找大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)人們在對聲發(fā)射信號分析時都是直接拿來進(jìn)行分析而對于怎樣獲得真實(shí)AE信號很少提及。為了能很好地對信號進(jìn)行分析，獲得真實(shí)的信號是前提。筆者依據(jù)相關(guān)課題的研究提出一種木材在干燥過程中對采集到的信號進(jìn)行去噪以獲得真實(shí)的木材聲發(fā)射信號的方法。

2木材聲發(fā)射信號的特點(diǎn)

木材是天然生長的植物材料，與各向同性的材料如金屬、陶瓷、巖石等不同，具有各向異性和形狀不規(guī)則性以及變異性，木材在自然失水、干燥和受載時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號十分微弱且為動態(tài)信號易被噪聲干擾，這樣就給AE信號的獲取帶來了很大的困難。

木材在干燥過程中的聲發(fā)射信號主要有兩部分組成：木材內(nèi)部自由水的蒸發(fā)，與木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)水分空穴化過程的聲發(fā)射信號；木材干燥過快時自身變形開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號[1]。

3小波分析去噪

在木材的聲發(fā)射信號的提取過程中，聲發(fā)射信號是一個動態(tài)的過程，通常十分微弱，且由于外在條件的存在產(chǎn)生了很多的噪聲，這樣采用常規(guī)的去噪方式就很難達(dá)到去噪效果。在研究木材的AE信號時，通常要確定AE的發(fā)生時刻，如果只單純通過時域分析或者頻域分析很難滿足AE信號的分析要求。小波變換可以將信號分解到低頻的尺度空間和包含細(xì)節(jié)的小波空間中，從而既可以看到信號的全貌，又可以分析信號的細(xì)節(jié)，并可以聚焦到任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時頻域處理，它在時域和頻域同時具有良好的多分辨率特性，從而被譽(yù)為信號分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

5總結(jié)

本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發(fā)射信號時去噪的一種方法，能在一定程度上解決軟件去噪的不精確和硬件去噪的昂貴。這樣就能為木材聲發(fā)射信號的研究提供更為真實(shí)的信號，對木材AE信號的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發(fā)射是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，能對研究對象的缺陷給予動態(tài)檢測以

圖3小波去噪效果

及發(fā)展趨勢的預(yù)測，這樣就可以對缺陷提前采取相應(yīng)措施以降低缺陷造成的危害，這對木材的研究特別是古木、木建筑的研究保護(hù)，提供了技術(shù)的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁小康，張祥雪，郝燕華.木材干燥過程中聲發(fā)射信號分析[J].木材工業(yè)，2012，26（3）：40～43.

[2] 楊明緯.聲發(fā)射檢測[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]孫建平，王逢瑚，朱曉冬.基于聲發(fā)射技術(shù)的木材損傷過程監(jiān)測[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同華，廖艷程，張勝.沖擊荷載下巖石聲發(fā)射信號能量特征的小波包分析[J].振動與沖擊，2010，29（10）：127～130. [5]焦敬品，何存富，吳斌.管道聲發(fā)射泄漏檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].無損檢測，2003，25（10）：519～523.

[6]胡富仁，王國榮，石永華.LabVIEW平臺中利用小波分析實(shí)現(xiàn)焊接電流信號的去噪[J].電焊機(jī)，2008，38（5）：46～49.

[7]侯寧.基于小波分析的信號去噪方法[J].化學(xué)工程與裝備，2009（8）：137～138.

[8]朱艷芹，郭鑫.基于LabVIEW的小波去噪算法的研究[J].電子測試，2010（2）：46～49.

[9]Markku Tiitta ，Laura Tomppo，Reijo Lappalainen . Combined acoustic and electric method for monitoring wood drying process： A review [J].Wood Material Science & Engineering.2010，3：78～83.

[10]唐琳，朱目成，王雅萍.基于小波分析的信號去噪處理[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（2）.endprint

摘要：指出了木材結(jié)構(gòu)的各向異性導(dǎo)致了木材聲發(fā)射信號的提取的困難性。小波分析作為信號和信息的處理工具由于其優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)可，特別是在去噪方面，小波的多分辨分析、相關(guān)性、低墑性使其在去噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢。聲發(fā)射技術(shù)是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，它不僅能對缺陷進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)監(jiān)測，還能對發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：木材干燥；小波分析；聲發(fā)射；信號去噪

中圖分類號：TN911文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）10022903

1引言

木材干燥是木材加工過程的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確控制木材干燥過程中的溫度、濕度、木材含水率，對保證木材的干燥質(zhì)量，降低干燥能耗與成本，提高干燥速度等意義重大[1]。

聲發(fā)射（acoustic emission AE）是指物體或者材料的內(nèi)部因能量的快速釋放而發(fā)出彈性波的物理現(xiàn)象[2]。 而聲發(fā)射信號是指一個或者多個AE事件經(jīng)傳感器接收并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號[3]。聲發(fā)射信號中包含著很多聲發(fā)射源特性的重要信息，例如材料開裂的位置、時間，以及開裂趨勢等等。通過對采集到的聲發(fā)射信號的處理與分析來檢測材料內(nèi)部的聲發(fā)射源的狀態(tài)信息，以評估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征，從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)與性能，實(shí)現(xiàn)對材料內(nèi)部特性的動態(tài)檢測。聲發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)對檢測對象實(shí)施動態(tài)的無損檢測，這也是它同傳統(tǒng)的無損檢測間的本質(zhì)區(qū)別。

鑒于聲發(fā)射技術(shù)本身的特點(diǎn)，聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如沖擊載荷下巖石聲發(fā)射信號的分析[4]、管道的無損檢測[5]等。近幾年聲發(fā)射技術(shù)被引用到了木材領(lǐng)域，用于分析木材在干燥過程中木材內(nèi)部特性的變化、檢測木材內(nèi)部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內(nèi)部的AE信號很微弱且在采集的過程中有很多噪聲，這就給獲得真實(shí)的木材AE信號帶來困難，同時筆者查找大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)人們在對聲發(fā)射信號分析時都是直接拿來進(jìn)行分析而對于怎樣獲得真實(shí)AE信號很少提及。為了能很好地對信號進(jìn)行分析，獲得真實(shí)的信號是前提。筆者依據(jù)相關(guān)課題的研究提出一種木材在干燥過程中對采集到的信號進(jìn)行去噪以獲得真實(shí)的木材聲發(fā)射信號的方法。

2木材聲發(fā)射信號的特點(diǎn)

木材是天然生長的植物材料，與各向同性的材料如金屬、陶瓷、巖石等不同，具有各向異性和形狀不規(guī)則性以及變異性，木材在自然失水、干燥和受載時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號十分微弱且為動態(tài)信號易被噪聲干擾，這樣就給AE信號的獲取帶來了很大的困難。

木材在干燥過程中的聲發(fā)射信號主要有兩部分組成：木材內(nèi)部自由水的蒸發(fā)，與木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)水分空穴化過程的聲發(fā)射信號；木材干燥過快時自身變形開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號[1]。

3小波分析去噪

在木材的聲發(fā)射信號的提取過程中，聲發(fā)射信號是一個動態(tài)的過程，通常十分微弱，且由于外在條件的存在產(chǎn)生了很多的噪聲，這樣采用常規(guī)的去噪方式就很難達(dá)到去噪效果。在研究木材的AE信號時，通常要確定AE的發(fā)生時刻，如果只單純通過時域分析或者頻域分析很難滿足AE信號的分析要求。小波變換可以將信號分解到低頻的尺度空間和包含細(xì)節(jié)的小波空間中，從而既可以看到信號的全貌，又可以分析信號的細(xì)節(jié)，并可以聚焦到任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時頻域處理，它在時域和頻域同時具有良好的多分辨率特性，從而被譽(yù)為信號分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

5總結(jié)

本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發(fā)射信號時去噪的一種方法，能在一定程度上解決軟件去噪的不精確和硬件去噪的昂貴。這樣就能為木材聲發(fā)射信號的研究提供更為真實(shí)的信號，對木材AE信號的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發(fā)射是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，能對研究對象的缺陷給予動態(tài)檢測以

圖3小波去噪效果

及發(fā)展趨勢的預(yù)測，這樣就可以對缺陷提前采取相應(yīng)措施以降低缺陷造成的危害，這對木材的研究特別是古木、木建筑的研究保護(hù)，提供了技術(shù)的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁小康，張祥雪，郝燕華.木材干燥過程中聲發(fā)射信號分析[J].木材工業(yè)，2012，26（3）：40～43.

[2] 楊明緯.聲發(fā)射檢測[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]孫建平，王逢瑚，朱曉冬.基于聲發(fā)射技術(shù)的木材損傷過程監(jiān)測[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同華，廖艷程，張勝.沖擊荷載下巖石聲發(fā)射信號能量特征的小波包分析[J].振動與沖擊，2010，29（10）：127～130. [5]焦敬品，何存富，吳斌.管道聲發(fā)射泄漏檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].無損檢測，2003，25（10）：519～523.

[6]胡富仁，王國榮，石永華.LabVIEW平臺中利用小波分析實(shí)現(xiàn)焊接電流信號的去噪[J].電焊機(jī)，2008，38（5）：46～49.

[7]侯寧.基于小波分析的信號去噪方法[J].化學(xué)工程與裝備，2009（8）：137～138.

[8]朱艷芹，郭鑫.基于LabVIEW的小波去噪算法的研究[J].電子測試，2010（2）：46～49.

[9]Markku Tiitta ，Laura Tomppo，Reijo Lappalainen . Combined acoustic and electric method for monitoring wood drying process： A review [J].Wood Material Science & Engineering.2010，3：78～83.

[10]唐琳，朱目成，王雅萍.基于小波分析的信號去噪處理[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（2）.endprint

摘要：指出了木材結(jié)構(gòu)的各向異性導(dǎo)致了木材聲發(fā)射信號的提取的困難性。小波分析作為信號和信息的處理工具由于其優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)可，特別是在去噪方面，小波的多分辨分析、相關(guān)性、低墑性使其在去噪領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢。聲發(fā)射技術(shù)是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，它不僅能對缺陷進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)監(jiān)測，還能對發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：木材干燥；小波分析；聲發(fā)射；信號去噪

中圖分類號：TN911文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）10022903

1引言

木材干燥是木材加工過程的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確控制木材干燥過程中的溫度、濕度、木材含水率，對保證木材的干燥質(zhì)量，降低干燥能耗與成本，提高干燥速度等意義重大[1]。

聲發(fā)射（acoustic emission AE）是指物體或者材料的內(nèi)部因能量的快速釋放而發(fā)出彈性波的物理現(xiàn)象[2]。 而聲發(fā)射信號是指一個或者多個AE事件經(jīng)傳感器接收并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號[3]。聲發(fā)射信號中包含著很多聲發(fā)射源特性的重要信息，例如材料開裂的位置、時間，以及開裂趨勢等等。通過對采集到的聲發(fā)射信號的處理與分析來檢測材料內(nèi)部的聲發(fā)射源的狀態(tài)信息，以評估材料損傷、缺陷等內(nèi)部特征，從而確定材料和結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)與性能，實(shí)現(xiàn)對材料內(nèi)部特性的動態(tài)檢測。聲發(fā)射技術(shù)的主要特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)對檢測對象實(shí)施動態(tài)的無損檢測，這也是它同傳統(tǒng)的無損檢測間的本質(zhì)區(qū)別。

鑒于聲發(fā)射技術(shù)本身的特點(diǎn)，聲發(fā)射技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如沖擊載荷下巖石聲發(fā)射信號的分析[4]、管道的無損檢測[5]等。近幾年聲發(fā)射技術(shù)被引用到了木材領(lǐng)域，用于分析木材在干燥過程中木材內(nèi)部特性的變化、檢測木材內(nèi)部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內(nèi)部的AE信號很微弱且在采集的過程中有很多噪聲，這就給獲得真實(shí)的木材AE信號帶來困難，同時筆者查找大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)人們在對聲發(fā)射信號分析時都是直接拿來進(jìn)行分析而對于怎樣獲得真實(shí)AE信號很少提及。為了能很好地對信號進(jìn)行分析，獲得真實(shí)的信號是前提。筆者依據(jù)相關(guān)課題的研究提出一種木材在干燥過程中對采集到的信號進(jìn)行去噪以獲得真實(shí)的木材聲發(fā)射信號的方法。

2木材聲發(fā)射信號的特點(diǎn)

木材是天然生長的植物材料，與各向同性的材料如金屬、陶瓷、巖石等不同，具有各向異性和形狀不規(guī)則性以及變異性，木材在自然失水、干燥和受載時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號十分微弱且為動態(tài)信號易被噪聲干擾，這樣就給AE信號的獲取帶來了很大的困難。

木材在干燥過程中的聲發(fā)射信號主要有兩部分組成：木材內(nèi)部自由水的蒸發(fā)，與木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)水分空穴化過程的聲發(fā)射信號；木材干燥過快時自身變形開裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號[1]。

3小波分析去噪

在木材的聲發(fā)射信號的提取過程中，聲發(fā)射信號是一個動態(tài)的過程，通常十分微弱，且由于外在條件的存在產(chǎn)生了很多的噪聲，這樣采用常規(guī)的去噪方式就很難達(dá)到去噪效果。在研究木材的AE信號時，通常要確定AE的發(fā)生時刻，如果只單純通過時域分析或者頻域分析很難滿足AE信號的分析要求。小波變換可以將信號分解到低頻的尺度空間和包含細(xì)節(jié)的小波空間中，從而既可以看到信號的全貌，又可以分析信號的細(xì)節(jié)，并可以聚焦到任意細(xì)節(jié)進(jìn)行時頻域處理，它在時域和頻域同時具有良好的多分辨率特性，從而被譽(yù)為信號分析的“數(shù)學(xué)顯微鏡”。

5總結(jié)

本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發(fā)射信號時去噪的一種方法，能在一定程度上解決軟件去噪的不精確和硬件去噪的昂貴。這樣就能為木材聲發(fā)射信號的研究提供更為真實(shí)的信號，對木材AE信號的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發(fā)射是一種動態(tài)的無損檢測技術(shù)，能對研究對象的缺陷給予動態(tài)檢測以

圖3小波去噪效果

及發(fā)展趨勢的預(yù)測，這樣就可以對缺陷提前采取相應(yīng)措施以降低缺陷造成的危害，這對木材的研究特別是古木、木建筑的研究保護(hù)，提供了技術(shù)的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁小康，張祥雪，郝燕華.木材干燥過程中聲發(fā)射信號分析[J].木材工業(yè)，2012，26（3）：40～43.

[2] 楊明緯.聲發(fā)射檢測[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]孫建平，王逢瑚，朱曉冬.基于聲發(fā)射技術(shù)的木材損傷過程監(jiān)測[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同華，廖艷程，張勝.沖擊荷載下巖石聲發(fā)射信號能量特征的小波包分析[J].振動與沖擊，2010，29（10）：127～130. [5]焦敬品，何存富，吳斌.管道聲發(fā)射泄漏檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].無損檢測，2003，25（10）：519～523.

[6]胡富仁，王國榮，石永華.LabVIEW平臺中利用小波分析實(shí)現(xiàn)焊接電流信號的去噪[J].電焊機(jī)，2008，38（5）：46～49.

[7]侯寧.基于小波分析的信號去噪方法[J].化學(xué)工程與裝備，2009（8）：137～138.

[8]朱艷芹，郭鑫.基于LabVIEW的小波去噪算法的研究[J].電子測試，2010（2）：46～49.

[9]Markku Tiitta ，Laura Tomppo，Reijo Lappalainen . Combined acoustic and electric method for monitoring wood drying process： A review [J].Wood Material Science & Engineering.2010，3：78～83.

[10]唐琳，朱目成，王雅萍.基于小波分析的信號去噪處理[J].四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（2）.endprint