基于小波分析的木材干燥过程的声发射信号的去噪研究

摘要：指出了木材结构的各向异性导致了木材声发射信号的提取的困难性。小波分析作为信号和信息的处理工具由于其优越性已经被大家所认可，特别是在去噪方面，小波的多分辨分析、相关性、低墒性使其在去噪领域有着独特的优势。声发射技术是一种动态的无损检测技术，它不仅能对缺陷进行实时的动态监测，还能对发展趋势进行预测。

关键词：木材干燥；小波分析；声发射；信号去噪

中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：16749944（2014）10022903

1引言

木材干燥是木材加工过程的重要环节。准确控制木材干燥过程中的温度、湿度、木材含水率，对保证木材的干燥质量，降低干燥能耗与成本，提高干燥速度等意义重大[1]。

声发射（acoustic emission AE）是指物体或者材料的内部因能量的快速释放而发出弹性波的物理现象[2]。 而声发射信号是指一个或者多个AE事件经传感器接收并经系统处理后以某种形式出现的电信号[3]。声发射信号中包含着很多声发射源特性的重要信息，例如材料开裂的位置、时间，以及开裂趋势等等。通过对采集到的声发射信号的处理与分析来检测材料内部的声发射源的状态信息，以评估材料损伤、缺陷等内部特征，从而确定材料和结构的整体状态与性能，实现对材料内部特性的动态检测。声发射技术的主要特点就是可以实现对检测对象实施动态的无损检测，这也是它同传统的无损检测间的本质区别。

鉴于声发射技术本身的特点，声发射技术被广泛应用于各个领域，如冲击载荷下岩石声发射信号的分析[4]、管道的无损检测[5]等。近几年声发射技术被引用到了木材领域，用于分析木材在干燥过程中木材内部特性的变化、检测木材内部的缺陷等。但是在木材干燥过程中内部的AE信号很微弱且在采集的过程中有很多噪声，这就给获得真实的木材AE信号带来困难，同时笔者查找大量文献发现人们在对声发射信号分析时都是直接拿来进行分析而对于怎样获得真实AE信号很少提及。为了能很好地对信号进行分析，获得真实的信号是前提。笔者依据相关课题的研究提出一种木材在干燥过程中对采集到的信号进行去噪以获得真实的木材声发射信号的方法。

2木材声发射信号的特点

木材是天然生长的植物材料，与各向同性的材料如金属、陶瓷、岩石等不同，具有各向异性和形状不规则性以及变异性，木材在自然失水、干燥和受载时产生的声发射信号十分微弱且为动态信号易被噪声干扰，这样就给AE信号的获取带来了很大的困难。

木材在干燥过程中的声发射信号主要有两部分组成：木材内部自由水的蒸发，与木质部导管内水分空穴化过程的声发射信号；木材干燥过快时自身变形开裂产生的声发射信号[1]。

3小波分析去噪

在木材的声发射信号的提取过程中，声发射信号是一个动态的过程，通常十分微弱，且由于外在条件的存在产生了很多的噪声，这样采用常规的去噪方式就很难达到去噪效果。在研究木材的AE信号时，通常要确定AE的发生时刻，如果只单纯通过时域分析或者频域分析很难满足AE信号的分析要求。小波变换可以将信号分解到低频的尺度空间和包含细节的小波空间中，从而既可以看到信号的全貌，又可以分析信号的细节，并可以聚焦到任意细节进行时频域处理，它在时域和频域同时具有良好的多分辨率特性，从而被誉为信号分析的“数学显微镜”。

5总结

本文提供了一种木材在干燥过程中提取声发射信号时去噪的一种方法，能在一定程度上解决软件去噪的不精确和硬件去噪的昂贵。这样就能为木材声发射信号的研究提供更为真实的信号，对木材AE信号的特征参量的分析研究提供了保障。由于声发射是一种动态的无损检测技术，能对研究对象的缺陷给予动态检测以

图3小波去噪效果

及发展趋势的预测，这样就可以对缺陷提前采取相应措施以降低缺陷造成的危害，这对木材的研究特别是古木、木建筑的研究保护，提供了技术的支持。

参考文献：

[1]丁小康，张祥雪，郝燕华.木材干燥过程中声发射信号分析[J].木材工业，2012，26（3）：40～43.

[2] 杨明纬.声发射检测[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]孙建平，王逢瑚，朱晓冬.基于声发射技术的木材损伤过程监测[J].福建林学院学报，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同华，廖艳程，张胜.冲击荷载下岩石声发射信号能量特征的小波包分析[J].振动与冲击，2010，29（10）：127～130. [5]焦敬品，何存富，吴斌.管道声发射泄漏检测技术研究进展[J].无损检测，2003，25（10）：519～523.

[6]胡富仁，王国荣，石永华.LabVIEW平台中利用小波分析实现焊接电流信号的去噪[J].电焊机，2008，38（5）：46～49.

[7]侯宁.基于小波分析的信号去噪方法[J].化学工程与装备，2009（8）：137～138.

[8]朱艳芹，郭鑫.基于LabVIEW的小波去噪算法的研究[J].电子测试，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.基于小波分析的信号去噪处理[J].四川工程职业技术学院学报，2011（2）.

推荐访问： 发射 木材 干燥 小波 信号

---