基于小波分析的木材干燥過程的聲發射信號的去噪研究

趙海龍　丁馨曾　申柯南　李明

摘要：指出了木材結構的各向異性導致了木材聲發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越性已經被大家所認可，特別是在去噪方面，小波的多分辨分析、相關性、低墑性使其在去噪領域有著獨特的優勢。聲發射技術是一種動態的無損檢測技術，它不僅能對缺陷進行實時的動態監測，還能對發展趨勢進行預測。

關鍵詞：木材干燥；小波分析；聲發射；信號去噪

中圖分類號：TN911文獻標識碼：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節。準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量，降低干燥能耗與成本，提高干燥速度等意義重大[1]。

聲發射（acoustic emission AE）是指物體或者材料的內部因能量的快速釋放而發出彈性波的物理現象[2]。 而聲發射信號是指一個或者多個AE事件經傳感器接收并經系統處理后以某種形式出現的電信號[3]。聲發射信號中包含著很多聲發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射信號的處理與分析來檢測材料內部的聲發射源的狀態信息，以評估材料損傷、缺陷等內部特征，從而確定材料和結構的整體狀態與性能，實現對材料內部特性的動態檢測。聲發射技術的主要特點就是可以實現對檢測對象實施動態的無損檢測，這也是它同傳統的無損檢測間的本質區別。

鑒于聲發射技術本身的特點，聲發射技術被廣泛應用于各個領域，如沖擊載荷下巖石聲發射信號的分析[4]、管道的無損檢測[5]等。近幾年聲發射技術被引用到了木材領域，用于分析木材在干燥過程中木材內部特性的變化、檢測木材內部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內部的AE信號很微弱且在采集的過程中有很多噪聲，這就給獲得真實的木材AE信號帶來困難，同時筆者查找大量文獻發現人們在對聲發射信號分析時都是直接拿來進行分析而對于怎樣獲得真實AE信號很少提及。為了能很好地對信號進行分析，獲得真實的信號是前提。筆者依據相關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行去噪以獲得真實的木材聲發射信號的方法。

2木材聲發射信號的特點

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則性以及變異性，木材在自然失水、干燥和受載時產生的聲發射信號十分微弱且為動態信號易被噪聲干擾，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射信號主要有兩部分組成：木材內部自由水的蒸發，與木質部導管內水分空穴化過程的聲發射信號；木材干燥過快時自身變形開裂產生的聲發射信號[1]。

3小波分析去噪

在木材的聲發射信號的提取過程中，聲發射信號是一個動態的過程，通常十分微弱，且由于外在條件的存在產生了很多的噪聲，這樣采用常規的去噪方式就很難達到去噪效果。在研究木材的AE信號時，通常要確定AE的發生時刻，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節的小波空間中，從而既可以看到信號的全貌，又可以分析信號的細節，并可以聚焦到任意細節進行時頻域處理，它在時域和頻域同時具有良好的多分辨率特性，從而被譽為信號分析的“數學顯微鏡”。

5總結

本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發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射信號的研究提供更為真實的信號，對木材AE信號的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發射是一種動態的無損檢測技術，能對研究對象的缺陷給予動態檢測以

圖3小波去噪效果

及發展趨勢的預測，這樣就可以對缺陷提前采取相應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，提供了技術的支持。

參考文獻：

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

[2] 楊明緯.聲發射檢測[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]孫建平，王逢瑚，朱曉冬.基于聲發射技術的木材損傷過程監測[J].福建林學院學報，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同華，廖艷程，張勝.沖擊荷載下巖石聲發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.管道聲發射泄漏檢測技術研究進展[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現焊接電流信號的去噪[J].電焊機，2008，38（5）：46～49.

[7]侯寧.基于小波分析的信號去噪方法[J].化學工程與裝備，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].四川工程職業技術學院學報，2011（2）.endprint

摘要：指出了木材結構的各向異性導致了木材聲發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越性已經被大家所認可，特別是在去噪方面，小波的多分辨分析、相關性、低墑性使其在去噪領域有著獨特的優勢。聲發射技術是一種動態的無損檢測技術，它不僅能對缺陷進行實時的動態監測，還能對發展趨勢進行預測。

關鍵詞：木材干燥；小波分析；聲發射；信號去噪

中圖分類號：TN911文獻標識碼：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節。準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量，降低干燥能耗與成本，提高干燥速度等意義重大[1]。

聲發射（acoustic emission AE）是指物體或者材料的內部因能量的快速釋放而發出彈性波的物理現象[2]。 而聲發射信號是指一個或者多個AE事件經傳感器接收并經系統處理后以某種形式出現的電信號[3]。聲發射信號中包含著很多聲發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射信號的處理與分析來檢測材料內部的聲發射源的狀態信息，以評估材料損傷、缺陷等內部特征，從而確定材料和結構的整體狀態與性能，實現對材料內部特性的動態檢測。聲發射技術的主要特點就是可以實現對檢測對象實施動態的無損檢測，這也是它同傳統的無損檢測間的本質區別。

鑒于聲發射技術本身的特點，聲發射技術被廣泛應用于各個領域，如沖擊載荷下巖石聲發射信號的分析[4]、管道的無損檢測[5]等。近幾年聲發射技術被引用到了木材領域，用于分析木材在干燥過程中木材內部特性的變化、檢測木材內部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內部的AE信號很微弱且在采集的過程中有很多噪聲，這就給獲得真實的木材AE信號帶來困難，同時筆者查找大量文獻發現人們在對聲發射信號分析時都是直接拿來進行分析而對于怎樣獲得真實AE信號很少提及。為了能很好地對信號進行分析，獲得真實的信號是前提。筆者依據相關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行去噪以獲得真實的木材聲發射信號的方法。

2木材聲發射信號的特點

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則性以及變異性，木材在自然失水、干燥和受載時產生的聲發射信號十分微弱且為動態信號易被噪聲干擾，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射信號主要有兩部分組成：木材內部自由水的蒸發，與木質部導管內水分空穴化過程的聲發射信號；木材干燥過快時自身變形開裂產生的聲發射信號[1]。

3小波分析去噪

在木材的聲發射信號的提取過程中，聲發射信號是一個動態的過程，通常十分微弱，且由于外在條件的存在產生了很多的噪聲，這樣采用常規的去噪方式就很難達到去噪效果。在研究木材的AE信號時，通常要確定AE的發生時刻，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節的小波空間中，從而既可以看到信號的全貌，又可以分析信號的細節，并可以聚焦到任意細節進行時頻域處理，它在時域和頻域同時具有良好的多分辨率特性，從而被譽為信號分析的“數學顯微鏡”。

5總結

本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發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射信號的研究提供更為真實的信號，對木材AE信號的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發射是一種動態的無損檢測技術，能對研究對象的缺陷給予動態檢測以

圖3小波去噪效果

及發展趨勢的預測，這樣就可以對缺陷提前采取相應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，提供了技術的支持。

參考文獻：

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

[2] 楊明緯.聲發射檢測[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]孫建平，王逢瑚，朱曉冬.基于聲發射技術的木材損傷過程監測[J].福建林學院學報，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同華，廖艷程，張勝.沖擊荷載下巖石聲發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.管道聲發射泄漏檢測技術研究進展[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現焊接電流信號的去噪[J].電焊機，2008，38（5）：46～49.

[7]侯寧.基于小波分析的信號去噪方法[J].化學工程與裝備，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].四川工程職業技術學院學報，2011（2）.endprint

摘要：指出了木材結構的各向異性導致了木材聲發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越性已經被大家所認可，特別是在去噪方面，小波的多分辨分析、相關性、低墑性使其在去噪領域有著獨特的優勢。聲發射技術是一種動態的無損檢測技術，它不僅能對缺陷進行實時的動態監測，還能對發展趨勢進行預測。

關鍵詞：木材干燥；小波分析；聲發射；信號去噪

中圖分類號：TN911文獻標識碼：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節。準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量，降低干燥能耗與成本，提高干燥速度等意義重大[1]。

聲發射（acoustic emission AE）是指物體或者材料的內部因能量的快速釋放而發出彈性波的物理現象[2]。 而聲發射信號是指一個或者多個AE事件經傳感器接收并經系統處理后以某種形式出現的電信號[3]。聲發射信號中包含著很多聲發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射信號的處理與分析來檢測材料內部的聲發射源的狀態信息，以評估材料損傷、缺陷等內部特征，從而確定材料和結構的整體狀態與性能，實現對材料內部特性的動態檢測。聲發射技術的主要特點就是可以實現對檢測對象實施動態的無損檢測，這也是它同傳統的無損檢測間的本質區別。

鑒于聲發射技術本身的特點，聲發射技術被廣泛應用于各個領域，如沖擊載荷下巖石聲發射信號的分析[4]、管道的無損檢測[5]等。近幾年聲發射技術被引用到了木材領域，用于分析木材在干燥過程中木材內部特性的變化、檢測木材內部的缺陷等。但是在木材干燥過程中內部的AE信號很微弱且在采集的過程中有很多噪聲，這就給獲得真實的木材AE信號帶來困難，同時筆者查找大量文獻發現人們在對聲發射信號分析時都是直接拿來進行分析而對于怎樣獲得真實AE信號很少提及。為了能很好地對信號進行分析，獲得真實的信號是前提。筆者依據相關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行去噪以獲得真實的木材聲發射信號的方法。

2木材聲發射信號的特點

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則性以及變異性，木材在自然失水、干燥和受載時產生的聲發射信號十分微弱且為動態信號易被噪聲干擾，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射信號主要有兩部分組成：木材內部自由水的蒸發，與木質部導管內水分空穴化過程的聲發射信號；木材干燥過快時自身變形開裂產生的聲發射信號[1]。

3小波分析去噪

在木材的聲發射信號的提取過程中，聲發射信號是一個動態的過程，通常十分微弱，且由于外在條件的存在產生了很多的噪聲，這樣采用常規的去噪方式就很難達到去噪效果。在研究木材的AE信號時，通常要確定AE的發生時刻，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節的小波空間中，從而既可以看到信號的全貌，又可以分析信號的細節，并可以聚焦到任意細節進行時頻域處理，它在時域和頻域同時具有良好的多分辨率特性，從而被譽為信號分析的“數學顯微鏡”。

5總結

本文提供了一種木材在干燥過程中提取聲發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射信號的研究提供更為真實的信號，對木材AE信號的特征參量的分析研究提供了保障。由于聲發射是一種動態的無損檢測技術，能對研究對象的缺陷給予動態檢測以

圖3小波去噪效果

及發展趨勢的預測，這樣就可以對缺陷提前采取相應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，提供了技術的支持。

參考文獻：

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

[2] 楊明緯.聲發射檢測[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]孫建平，王逢瑚，朱曉冬.基于聲發射技術的木材損傷過程監測[J].福建林學院學報，2006，26（4）：344～348.

[4]凌同華，廖艷程，張勝.沖擊荷載下巖石聲發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.管道聲發射泄漏檢測技術研究進展[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現焊接電流信號的去噪[J].電焊機，2008，38（5）：46～49.

[7]侯寧.基于小波分析的信號去噪方法[J].化學工程與裝備，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].四川工程職業技術學院學報，2011（2）.endprint