多模式蘭姆波走時提取的希爾伯特黃變換方法

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第28卷第3期振動、測試與診斷Vo1．28No．32008年9月JournalofVibration。Measurement&DiagnosisSep．2008多模式蘭姆波走時提取的希爾伯特黃變換方法張海燕樊仕軒呂東輝(上海大學(xué)通信學(xué)院上海，200072)摘要根據(jù)希爾伯特黃變換時間分辨率精度較高的優(yōu)點以及蘭姆波信號多模式的特點，將希爾伯特黃變換方法用于蘭姆波層析成像中復(fù)雜波形到達時間的提取。首先，通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解將原始信號分解成固有模態(tài)函數(shù)，然后對固有模態(tài)函數(shù)

2、進行希爾伯特變換，以所得波形包絡(luò)的峰值對應(yīng)的時間作為多個蘭姆波模式的走時。通過與原始信號峰值包絡(luò)、希爾伯特變換包絡(luò)和小波變換包絡(luò)的比較結(jié)果表明，希爾伯特黃變換的包絡(luò)更為平滑，可以準確地提取多模式信息。關(guān)鍵詞希爾伯特黃變換蘭姆波走時提取層析成像中圖分類號TGl15．280426．2希爾伯特黃變換(HilbertHuangTransform，引言簡稱HHT)由美國國家宇航局Huang等于1998年提出L6]。從本質(zhì)上看，它也是一種時頻域的信號分析方傳統(tǒng)超聲層析成像有兩個重要的參量是幅度法。該方法的最大特點是它對

3、信號進行的分解不是(衰減)和信號到達時間(走時)。如果不存在衍射或基于某一特定函數(shù)，這與其他時頻分析方法截然不頻散，檢測任一物理量即足夠判定工件相關(guān)結(jié)構(gòu)信同，并且每個固有模態(tài)函數(shù)都可以被看作是信號中息。在水槽試驗測量系統(tǒng)中，工件在液體耦合作用的一個固有的振動模態(tài)，能表達信號的局部特征。下，信號幅度衰減真實反映內(nèi)部信息，利用衰減性質(zhì)HHT在海洋波動數(shù)據(jù)分析、地震信號分析和結(jié)構(gòu)健可有效描述大型工件的缺陷。但是對于幅度測量條康監(jiān)測等領(lǐng)域已經(jīng)受到廣泛關(guān)注L7_10]，在蘭姆波無件嚴格，需要精密且昂貴的試驗儀器，測量

4、時需要將損檢測中也有應(yīng)用。例如，李剛等口叩將HHT中經(jīng)驗工件和換能器浸放在水槽中，不僅工件尺寸受限，而模態(tài)分解(EmpiricalModeDecomposition，簡稱且需要特殊換能器。信號到達時間不受耦合條件的EMD)對超聲蘭姆波實測信號作去噪處理，并與小限制，當(dāng)發(fā)射、接收換能器位置固定時就可獲取走時波去噪結(jié)果進行了對比，結(jié)果表明運用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分信息，進而利用走時數(shù)據(jù)進行速度圖像重建[1]。解方法去噪具有更強的自適應(yīng)能力，且需知的原信薄板超聲蘭姆波層析成象研究中，走時是重要號先驗信息更少，但HHT在蘭姆波

5、信息提取上的應(yīng)的信號特征。Hinders等[2多采用信號包絡(luò)的方法用還很少見。提取最快蘭姆波模式的走時，這是一種直接且計算本文提出利用HHT時頻分析方法提取多模式代價較低的方法，甚至比其他更復(fù)雜且計算代價也蘭姆波信號的走時，并與信號包絡(luò)、小波包絡(luò)等方法更高的時頻方法的效果還好。然而，即使這個簡單的進行比較，以驗證該方法的有效性。走時門限提取算法是有效的，某些限制仍然存在。例如，當(dāng)感興趣的模式與缺陷相互作用后，該模式的峰1HHT時頻分析理論值低于門限值，則包絡(luò)信號提取算法將會提取下一個模式，而且這種方法不可能

6、提取多個模式的走時希爾伯特黃變換時頻分析方法n有兩個步驟：信息[4]。MalyarenkoE5]嘗試了各種時頻分析方法來第1步是將時間序列信號通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解改善走時提取算法，然而，Wigner—Ville分布、短時(EMD)方法，分解成數(shù)個固有模態(tài)函數(shù)(Intrinsic傅里葉變換等并不能有效提高走時信息提取的精ModeFunction，簡稱IMF)；第2步是對分解后的固度。有模態(tài)函數(shù)進行希爾伯特變換(HibertTransform，國家自然科學(xué)基金資助項目(編號：10504020)。收稿日期：2007—

7、10—18；修改稿收到日期：2007—11—26。維普資訊http://www.cqvip.com第3期張海燕等：多模式蘭姆波走時提取的希爾伯特黃變換方法217簡稱HT)構(gòu)造解析信號，得出原信號的瞬時頻率和分析。試驗中斜探頭的中心頻率為0．5MHz，有機玻振幅，進而得到希爾伯特譜。璃楔形塊的角度為37。，這是因為，按照常規(guī)的蘭姆波激勵方式，超聲縱波換能器需在某一固定發(fā)射頻1．1EMD分解算法率條件下以一定角度斜入射才能在板中激發(fā)所需要EMD方法本質(zhì)是通過特征時間尺度獲得本征的蘭姆波模式[12]。通過超聲耦合

8、劑與被測樣品耦模態(tài)函數(shù)，然后用有限個固有振動模態(tài)來分解時間合，測試樣品為鋁板，厚度為2．5mm，兩換能器問的序列數(shù)據(jù)。這樣原始信號z(f)分解為個IMF信號距離為64mlTl。C(f)和一個殘差信號(f)，即z(￡)一∑Ci()+(￡)(1)1．2希爾伯特變換對式(1)分離的IMF進行希爾伯特變換，是信號處理領(lǐng)域常用的變換方法。對式(1)中除了殘余量r(f)的每個本征模函數(shù)C(￡)進行希爾伯特變換，可得()。由C