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高压水射流反射声响信号实时收集与处理

高压水射流反射声响信号实时收集与处理

  高压水射流是一项敏捷发展起来的新技能,不只能够完结对靶物的高效切开,并且能够经过辨认射流冲击靶物时发作的反射声信号的特征值而辨认靶物的原料和几许标准[1-4]。要精确辨认靶物原料和几许标准,有必要树立高速、实时的声响数据收集体系实时收集声响信号。该声响信号不只包含射流冲击靶物发作的反射声,也包含环境噪声和射流喷发后扰动周围空气介质发作的噪声。要有用提取反映不同原料和几许标准的声响特征值,有必要选用先进的信号处理办法进行降噪和特征值提取。本文采本文由论文联盟http://收集整理用小波降噪的办法完结对反射声信号的降噪和特征值提取,选用matlab言语进行编程,一同选用传声器结合ni公司的labview软件和pci6251收集卡树立数据收集体系,使用 math cript节点完结matlab与labview软件的通讯,完结了高压水射流靶物反射声信号的大容量数据实时收集与处理[5-8]。
  1 小波剖析基本原理
  11 小波函数
  小波在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时刻分辨率,而在高频部分具有较高的时刻分辨率和较低频率分辨率。经过小波改变可完结信号的降噪和重构。
  关于接连状况,小波序列为
  12 小波降噪基本原理
  水射流冲击靶物方针发作的反射声响信号不光包含有用的靶物原料声信号,也包含了因为环境扰动带来的噪音信号。要精确提取对应原料和几许标准的有用信号,有必要对收集到的信号进行降噪处理。www.neyeg.com信号的降噪办法很多种,如ecg信号降噪法、gabor改换降噪法、小波改换降噪法等等。传统的降噪办法在有用信号和噪声的频谱彼此别离时具有杰出的作用,可是当有用信号和噪声的频谱彼此堆叠时,则无法将它们区分隔。小波的降噪办法是一种信息坚持型的线性运算,能够精确得到信号在细微处的形状,有用的处理了时域频域部分化对立,被越来越广泛的使用于工程实践中,其详细原理如下[9-10]。
  假定含噪声信号
  由此能够看出,阈值的挑选很大程度决议着降噪的作用。
  阈值的规矩包含以下四种:
   rigrsure 是一种依据史坦的无偏似然估量原理的自适应阈值挑选;
   heursure 是一种启发式阈值挑选规矩,也是最优猜测变量阈值挑选;
   fixed form 选用固定的阈值方式,发作的阐值巨细是2lglengh(x);
   minimax 选用的是极大极小原理挑选阈值,它发作一个最小均方差错的极值,而不是无差错。

  当信号的高频部分在噪声域很小时,选用minimaxi和rigrsure阈值规矩不容易丢掉信号中的有用成分,但只除掉较少的噪声。挑选fixed form阈值规矩能够有用地去除噪声。而heursure是一种折衷的办法。
  阈值也有软阈值和硬阈值之分,两者有比较显着的差异。设w是小波系数的巨细,是施加阈值后的小波系数巨细,λ是阈值(见图1)。
  硬阈值:当小波系数的绝对值小于给定阈值时,令其值为0,当大于阈值时,其值坚持不变,如图1a所示。
  软阈值:当小波系数的绝对值小于给定阈值时,令其值为0,当大于阈值时,令其减去阈值,如图1b所示。
  
  (a) 硬阈值 (b)软阈值
  图1 软、硬阈值图
  软阈值法得到的小波系数全体接连性好,从而使估量信号不会发作附加振动,处理后的信号更滑润一些,可是也会丢掉某些特征;硬阈值法在均方差错意义上优于软阈值,但所得的估量信号会发作附加信号,硬阈值能够保存信号的特征,但滑润方面有所短缺.依据文献[11]2 437研讨的优化成果,本文程序里边选用软阈值法,小波降噪算法挑选‘db3’母小波,分化层数为4的降噪形式,其降噪的程度更好,且骤变点特征值更显着。
  13 模极大值算法
  当水射流冲击不同原料靶物时,传感器收集到的反射声响信号幅值会在靶物的鸿沟发作骤变。信号中不规矩的骤变部分(奇特点)对应着不同的靶物几许形状参数的特征点,因而需求选用有用办法将特征值检测出来。本文选用小波改换模极大值算法完结对特征值的检测。模极大值算法的原理如下:
  在某一标准x0存在一个点(x0,y0)使得wf(x0,y)y=0,则称点(x0,y0)是部分极值点,且wf(x0,y)y在y=y0 上有一个模极大值,假如对y0的某一临域内的恣意点y,有|wf(x0,y)≤|wf(x0,y0)||,则称为小波改换模极大值点。标准空间中所有的模极大值点的连线称为模极大值线。
  在通常状况下,信号的奇特性可分为两种状况:一种是信号在某一时刻,幅值发作骤变引起信号不接连,信号的骤变点是榜首种类型的间断点;另一种是信号外观上很润滑,其幅值没有骤变,但在信号的一阶微分上有骤变发作,且一阶微分是不接连的,称此为第二种类型的间断点。水射流冲击靶物得到的声响信号会在靶物的鸿沟方位幅

值呈现骤变,所以归于榜首类型间断点。凭借模极大值算法思维,检测对应原料骤变点,用于后续树立相应的特征值数据库及原料和几许标准的在线辨认。
  2 体系硬件和试验规划
  为了完结信号的不失真收集及剖析处理,本文使用传声器和ni公司的pci6251收集卡树立声响信号高速实时收集硬件体系。其间传声器选用杭州爱华仪器有限公司的测验传声器14423、awa14604型放大器组成的声响测验单元,连接在bnc多功能接口盒上,经过数据收集卡pci-6251送入计算机。选用labview软件编制声响信号的收集软件,试验硬件体系结构如图2所示。试验时,将地雷埋在如图2所示的方位,上面掩盖有草和泥土,人工手持高压水射流喷头进行勘探,一同将传声器和喷头放在一同同步进行直线移动完结一段直线位移的勘探和反射声信号的收集。
  图2 试验装置硬件图
  3 体系软件调试
  本体系软件是在labview开发平台上开发的,挑选daq帮手相应的物理通道,完结对声响信号的收集。一同使用matlab言语编制小波降噪技能和模极大值算法程序[11-14]2 735。经过调用math cript节点完结在labview的运转环境下对matlab程序的调用,即完结信号在软件间的通讯,并可在面板中一同显现出两软件运转成果。math scrip节点的程序首要包含:小波降噪、参数挑选、信号重构、图标显现。一同体系处理的某些信号需求进行离线剖析,因而编制的软件能够完结对该信号进行存储,然后在后的剖析中进行调用。体系软件流程如图3所示,体系软件前面板如图4所示,后面板的编程完结不同软件间的信号通讯如图5所示。体系软件对math cript节点程序的调用,完结了小波的降噪进程,一同也能够把对应不同靶物原料的反射声信号骤变检测出来(见图6)。
  在上述试验进程中,体系收集到的数据量到达几十万个,占用的物理空间非常大,给计算机的运算剖析带来很大压力,为了便于后续剖析,本文对信号进行取平均值处理, 将信号压缩成4万个要害数据便于后续模极大值处理。水射流冲击到不同靶物边际时,发作的反射声信号会发作骤变, 经过模极大值程序运转能够检测到靶物的边际(见图7)。使用该值计算出的靶物直径为300 mm,与试验中预埋的地雷直径彻底相符。
  采样点数
  (a) 采样原始数据
  采样点数
  (b) 采样处理后数据
  4 定论
  从试验成果能够看出,本文规划的高压水射流反射声响信号高速实时收集体系,能够实时收集水射流冲击靶物得到的大容量反射声响信号,使用小波降噪办法有用地将有用信号同环境噪音信号、水射流本底噪音信号别离,获取对应不同靶物原料的特征值。使用模极大值办法取得对应靶物几许标准声响骤变点的特征值,用于后续的靶物原料和几许标准特征值数据库的树立,从而完结高压水射流靶物的精确辨认。
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  •  更新时刻:2013-09-12 13:00:10  作者:杨洪涛 [标签: 射流 实时 数据收集 高压水 射流 实时 ]
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