多模式兰姆波走时提取的希尔伯特黄变换方法.pdf

维普资讯 第 28卷第 3期 振动、测试与诊断 Vo1．28No．3 2008年9月 Sep．2008 JournalofVibration。MeasurementDiagnosis 多模式兰姆波走时提取的希尔伯特黄变换方法 张海燕 樊仕轩 吕东辉 (上海大学通信学院 上海，200072) 摘要 根据希尔伯特黄变换时间分辨率精度较高的优点以及兰姆波信号多模式的特点，将希尔伯特黄变换方法用 于兰姆波层析成像中复杂波形到达时间的提取。首先 ，通过经验模态分解将原始信号分解成固有模态函数，然后对 固有模态函数进行希尔伯特变换，以所得波形包络的峰值对应的时间作为多个兰姆波模式的走时。通过与原始信 号峰值包络、希尔伯特变换包络和小波变换包络的比较结果表明，希尔伯特黄变换的包络更为平滑，可以准确地提 取多模式信息。 关键词 希尔伯特黄变换 兰姆波 走时提取 层析成像 中图分类号 TGl15．28 0426．2 希尔伯特黄变换 (HilbertHuangTransform， 引 言 简称HHT)由美国国家宇航局Huang等于1998年提 出L6]。从本质上看 ，它也是一种时频域的信号分析方 传统超声层析成像有两个重要的参量是幅度 法 。该方法的最大特点是它对信号进行的分解不是 (衰减)和信号到达时间(走时)。如果不存在衍射或 基于某一特定函数 ，这与其他时频分析方法截然不 频散 ，检测任一物理量即足够判定工件相关结构信 同，并且每个 固有模态函数都可以被看作是信号中 息。在水槽试验测量系统中，工件在液体耦合作用 的一个 固有的振动模态，能表达信号的局部特征。 下，信号幅度衰减真实反映内部信息，利用衰减性质 HHT在海洋波动数据分析、地震信号分析和结构健 可有效描述大型工件的缺陷。但是对于幅度测量条 康监测等领域 已经受到广泛关注L7_10]，在兰姆波无 件严格，需要精密且昂贵的试验仪器，测量时需要将 损检测中也有应用 。例如，李刚等口叩将HHT 中经验 工件和换能器浸放在水槽 中，不仅工件尺寸受 限，而 模 态 分解 (EmpiricalModeDecomposition，简称 且需要特殊换能器 。信号到达时间不受耦合条件的 EMD)对超声兰姆波实测信号作去噪处理 ，并与小 限制 ，当发射、接收换能器位置固定时就可获取走时 波去噪结果进行了对 比，结果表明运用经验模态分 信息，进而利用走时数据进行速度图像重建[1]。 解方法去噪具有更强的自适应能力，且需知的原信 薄板超声兰姆波层析成象研究中，走时是重要 号先验信息更少 ，但HHT在兰姆波信息提取上的应 的信号特征。Hinders等[2多采用信号包络的方法 用还很少见。 提取最快兰姆波模式的走时，这是一种直接且计算 本文提出利用HHT 时频分析方法提取多模式 代价较低的方法 ，甚至 比其他更复杂且计算代价也 兰姆波信号的走时，并与信号包络、小波包络等方法 更高的时频方法的效果还好 。然而 ，即使这个简单的 进行 比较 ，以验证该方法的有效性 。 走时门限提取算法是有效的，某些限制仍然存在。例 如，当感兴趣的模式与缺陷相互作用后，该模式的峰 1 HHT时频分析理论 值低于门限值，则包络信号提取算法将会提