一(yī)、斷鉛實驗的(de)目的(de)

鉛筆(bǐ)芯斷裂産生(shēng)的(de)聲發射信号是(shì)非常典型的≥£(de)突發型聲發射信号，具有(yǒu)信号穩定、頻(≥±pín)譜寬、可(kě)重複性強、易于實現(x>¶iàn)的(de)特點，是(shì)良好(hǎo)的(de)≤≥γ模拟聲發射源，常用(yòng)于聲發射傳感器(qπ∞☆​ì)的(de)标定。由于聲發射信号本身(shēn)屬于非平穩信号，包含的(©≥€de)有(yǒu)用(yòng)信号經常被幹擾φ©，通(tōng)過對(duì)斷鉛聲發射信δ§σ"号的(de)分(fēn)析，分(fēn)離(lí)幹擾信号 ×與有(yǒu)用(yòng)信号，探究斷鉛聲發射信号的(de)時(₩>∞∞shí)域、頻(pín)域等特征。

二、斷鉛實驗

使用(yòng)直徑為(wèi) 0.5mm 的(de) HB 鉛筆(bǐ)φ®₽，鉛芯伸長(cháng)量為(wèi) ↔♠‍↕2.5mm，每次斷鉛時(shí)保證鉛芯與試件(♣ jiàn)表面夾角為(wèi) 30°，并采用(yòng)磁性夾具固定聲發射傳φ→感器(qì)。WSa 聲發射傳感器(qì)（工(gōn↔δ☆←g)作(zuò)頻(pín)率 100~10$÷00KHz）和(hé)試件(jiàn)之間(jiān)♥₹∑塗有(yǒu)耦合劑，目的(de)是(shì)減少 ♣(shǎo)聲發射信号在傳感器(qì)和(hé)試 ¶® 件(jiàn)界面處過度散射和(hé)衰減。用(yò αα×ng)鉛筆(bǐ)在距離(lí)聲發射傳感器(qì) 30mm 位置傾斜 3♠∑☆‍0 度角緩慢(màn)按壓鉛筆(bǐ)鉛使其斷裂，采集發出的(de)聲發≈‌ε↑射信号。AEwin 采集系統主要(yào)參數ββσ(shù)設置如(rú)表 2.2。

三、斷鉛聲發射信号

1、斷鉛信号小(xiǎo)波分(fēn)析

聲發射信号是(shì)一(yī)種典型的(d★•∞e)非平穩信号，其中包括的(de)各種有(yǒu)用(yòng←→★)信息往往被幹擾。小(xiǎo)波變換可(kě)以将信号在不(&±Ωbù)同的(de)尺度上(shàng)進↑♦₽€行(xíng)分(fēn)解與重建，實現(xiàn)在不(♠∑♣≥bù)同頻(pín)率段上(shàng)對(duì)應時(¶≥&shí)域波形進行(xíng)分(fēn)析提取信号特征，因此采用(π§>₩yòng)小(xiǎo)波變換對(duì)斷鉛聲發射信$$✘₩号進行(xíng)分(fēn)析。

選用(yòng) db10 基本小(xiǎo)✔↕波對(duì)采集到(dào)的(de)↕∑斷鉛聲發射信号進行(xíng)四層小(xiǎo)波分(∏♣→∏fēn)解并重建。s為(wèi)原始信号♦×，d1,d2,d3,d4 分(fēn)别為(wèi)第✔​→ 1,2,3,4 層的(de)細節信号包含各層高(gāo)頻(pín₽​‍®)信息，a4 為(wèi)第 4 層的(∑β≥de)近(jìn)似信号包含低(dī)頻(pín)信息。a4,d4,d↑☆§3,d2,d1 重構信号包含的(de)頻(pín)率範圍分¶₹(fēn)别為(wèi)：0-31.25KH'λπz，31.25-62.5KHz，62.5-125KHz，125-2€±50KHz，250-500KHz。

1、斷鉛聲發射信号-056

聲發射傳感器(qì) 30mm 處采集的(de≥¶↕←)斷鉛信号-056 經小(xiǎo)波分(fēn)解與重構後信号的(d×£©e)波形與頻(pín)譜如(rú)圖 4'π.1、4.2,4.3。從(cóng)圖 4.2 中 s（原始信号'$✔的(de)頻(pín)譜）幅值 240mV，可(✔≠¶★kě)以看(kàn)出斷鉛聲發射信号的(de)頻(pín)率主要←σ↕(yào)集中在 10-110KHz 之間(j>₹Ωiān)，頻(pín)率峰值為(wèi) 29KHz、69KHz、87KH ∞αz。圖 4.1 中 d1 信号波形幅值 148mV，頻(pín)率主要(yà<>∞Ωo)分(fēn)布在200-500KHz，峰頻(pín) 250KH"✘z、453 KHz。d2 信号波形幅值 71mV，¶×頻(pín)率主要(yào)分(fēn)布在 85-30>♦0KHz，峰頻(pín) 164KHz、249 KHz。d3 信号波形€π↑↔幅值 85mV，頻(pín)率主要(yào)分(fēn)布在 50-110K α♠Hz，峰頻(pín)87KHz。d4 信号波形幅值 176mV，頻(pσε¶$ín)率主要(yào)分(fēn)布在 ×→"☆22-80KHz，峰頻(pín) 33KHz。a4 信号波♠±>形幅值 228mV,頻(pín)率主要(yào)分(f♠σσēn)布在10-50KHz，峰頻(pín) 29KHz。

斷鉛實驗緩慢(màn)壓斷鉛筆(bǐ)芯的(de)過程'¥中出現(xiàn)接觸摩擦，因此聲發射信号↔&中應包含斷鉛聲發射信号和(hé)接觸摩擦信♣±号以及筆(bǐ)頭與鑄鐵(tiě)闆的(de)撞擊，如™₽•←(rú)圖 4.2。圖 4.1a中 d1 信号波形幅值"✔​↕為(wèi) 148mV，相(xiàng)對(d©←δ™uì)于原信号的(de)幅值較小(xiǎo)，相(xiàng)對(duì)應的£ λ(de)圖 4.1b 中 d1的(de)頻(pí≈£∞₩n)譜幅值不(bù)足0.2mV，該層可(kě)能(néng)為(wèi)高​♦&(gāo)頻(pín)率接觸摩擦信号；圖 4.1a 中 d2 信号×≥↑波形幅值分(fēn)别為(wèi) 71mV 僅δ≤為(wèi)原始信号幅值的(de)三分(fēn)之一(yī₹®•♦)，相(xiàng)對(duì)應的(de☆€)圖 4.1b 中 d2 的(de)頻(pín)譜幅值也(y¶ ě)非常小(xiǎo)（0.2mV），應該為(wèi)高(gāo)頻(pín↕ φ)率接觸摩擦信号；圖 4.1a 中 d3 信号波形幅≠&值分(fēn)别為(wèi) 85mV 接近(jìn)為(wèi)原 α始信号幅值的(de)三分(fēn)之一(yī≈β)，相(xiàng)對(duì)應的(de)圖 4.1↕‌₹b 中 d3 的(de)頻(pín)譜幅值較大(dà)（2mV•∞€），應該為(wèi)接觸摩擦信号與斷鉛聲發射信号混合的(de)信号☆≠♠；圖 4.1a中 d4 信号波形幅值分(fēn)别為(wèi≥') 176mV 接近(jìn)為(wèi)原始信号幅值，相(xiàng)對(d​±£&uì)應的(de)圖 4.1b 中 d4的(de)頻(pín)譜幅值較大✔♣‌☆(dà)（4.4mV），應該主要(yào←™×)包含斷鉛聲發射信号；圖 4.1a 中 a4 信号波形幅值≥✘‍"分(fēn)别為(wèi) 176mV 接近(jì≠<© n)為(wèi)原始信号幅值，相(xiàng)對(d≈←§∞uì)應的(de)圖 4.1b 中 a4 的(de)頻(pín)譜幅•$值較大(dà)（6.5mV），應該為(wèi)斷鉛✘≥ 聲發射信号；

如(rú)圖 4.3 為(wèi)斷鉛聲發射原始信号-056ST$¥FT 時(shí)頻(pín)譜，可(kě)以看(kàn)‍♦出信号頻(pín)率沿時(shí)間(jiān☆♥×✔)軸分(fēn)為(wèi)三個(gè)階梯。第一(yī)階梯為(wèi)高(÷∑​λgāo)頻(pín)段（200-500KHz）主要(✘✔<‍yào)出現(xiàn)在原始信号的(de)♦&δ初始時(shí)刻，該時(shí)刻鉛筆(bǐ)芯還(hái)未斷裂，主∏✔要(yào)發生(shēng)了(le)接觸摩擦，從(cóng)這(zhè)裡✔σ↑ (lǐ)可(kě)以看(kàn)出 d1、d2 為(wèi)接觸✔π™β摩擦信号的(de)準确性。第二階梯 50-110KHz，σ₽鉛筆(bǐ)芯斷裂時(shí)刻開(kāi)始以斷鉛聲發射信号為(wèi)主，≠'β§可(kě)以看(kàn)出 d4 主要(yào)為(wè ☆i)斷鉛聲發射信号的(de)準确性。第三階梯，為(wèi)低(d•★ī)頻(pín)段 10-40KHz 左右Ω&&♠持續時(shí)間(jiān)很(hěn)長(cháng)符合↑∞β♣斷鉛聲發射信号衰減的(de)過程，是(s✘∞hì)斷鉛信号。如(rú)圖 4.3 為(wèi)斷鉛聲發射原始信¶∏λ号-056STFT 時(shí)頻(pín)譜，可(kě)以看(kàn)出≤¶φ信号頻(pín)率沿時(shí)間(jiān)軸分(→α∏fēn)為(wèi)三個(gè)階梯。第一(yī)階梯為(wèi♥β¶✔)高(gāo)頻(pín)段（200-500KHz）主要✔σ(yào)出現(xiàn)在原始信号的(de)初☆£始時(shí)刻，該時(shí)刻鉛筆(bǐ)芯還(hái)未斷裂，主₹±要(yào)發生(shēng)了(le)接觸摩擦，從(cóng)‌φ這(zhè)裡(lǐ)可(kě)以看(kàn)出 d1、d2  ±為(wèi)接觸摩擦信号的(de)準确性。第二階梯 ¶←"™50-110KHz，鉛筆(bǐ)芯斷裂時(shí)刻開(kāi)始以斷鉛聲發® >€射信号為(wèi)主，可(kě)以看(kàn)出 d4 主要(yào​"‌δ)為(wèi)斷鉛聲發射信号的(de)準确性。第三階梯，為(w←§₩èi)低(dī)頻(pín)段 10-40KHz 左右持續時(shí®♥≠‌)間(jiān)很(hěn)長(cháng)符合斷鉛聲發射信号衰減的(Ω≤de)過程，是(shì)斷鉛信号。

四、結論

采用(yòng)小(xiǎo)波變換的(de)方法将斷鉛聲發射原‍ε始信号分(fēn)解為(wèi)不(bù)♥​∑同頻(pín)率段，聯合不(bù)同頻(pα♣ín)率段的(de)時(shí)域波形與頻(pín)譜對(duì)應分(fēn∞φ)析，能(néng)夠實現(xiàn)将斷鉛聲發射信号與接觸φ ±摩擦信号分(fēn)離(lí)，提取出包含更多(duō)斷♠§×鉛聲發射信息的(de)信号，對(duì)進一(yī)步提取斷鉛聲發< σ射特征排除了(le)更多(duō)幹擾信↓♠号，能(néng)夠提高(gāo)提取的≈¶↑✘(de)特征值的(de)準确性。

2、斷鉛聲發射信号-231（待續）

聲發射傳感器(qì) 30mm 處采集的" €(de)斷鉛信号-231 經小(xiǎo)波分(fē✔€¶↔n)解與重構後信号的(de)波形與頻(pín)譜如(rú)圖 4♠♠‌★.1、4.2,4.3。從(cóng)圖 4.2 中 s（原始 ↕λ$信号的(de)頻(pín)譜）可(kě)以看(kàΩ>≈n)出斷鉛聲發射信号的(de)頻(pín)率主要∏φ(yào)集中在 10-100KHz 之間(jiān)，頻(pín)®♠←率峰值為(wèi) 29KHz。圖 4.1 ✔♣™σ中 d1 信号波形幅值109mV，頻(pín)率主要(yà₹§o)分(fēn)布在 200-500KHz，峰頻(pín) 2€♦50KHz、450 KHz；d2信号波形幅值 61mαγ  V，頻(pín)率主要(yào)分(fēn)布在 80-360KHz，≠‍£↔峰頻(pín)140KHz、250 KHσ♠€z；d3信号波形幅值 62mV，頻(pín)率主要(yào)分(fēn)αλφ<布在 35-180KHz，峰頻(pín) 89KH♥φ<z；d4 信号波形幅值96mV，頻(pín)≠‍✘$率主要(yào)分(fēn)布在 24-80KHz♦ε，峰頻(pín)33KHz；a4 信号波形幅值 129mV,頻(pín)率σ± ∏主要(yào)分(fēn)布在 10-42KHz，峰頻(pínλ★×) 29KHz。