一种声发射信号的截取方法及系统

1.本发明涉及声音处理技术领域，特别是涉及一种声发射信号的截取方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.基于声发射技术的构件健康检测需要针对单个声发射信号进行分析，采用市面上声发射高速采集卡采集后只能得到连续的数据流，对单个声发射信号需要后期进行手动截取，不仅效率比较低而且无法准确地截取到声发射信号。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种声发射信号的截取方法及系统；针对市场上声发射高速采集卡无法截取到单个声发射信号，设计了声发射信号截取与特征提取方法，代替人工，可以准确地截取声发射信号，并完成简单的特征参数计算，可以提高声发射技术在工程健康监测领域的使用效率与准确率，具有推广意义。
5.第一方面，本发明提供了一种声发射信号的截取方法；一种声发射信号的截取方法，包括：（1）获取待处理的信号流；（2）从待处理信号流中，确定声发射时间的开始时间点；（3）首次执行时，判断开始时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入（4）；非首次执行时，判断当前时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入（4）；（4）对信号幅值低于第一设定阈值的持续时长进行统计，如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长大于等于设定撞击鉴别时长，就记录累计时长过程中信号幅值低于第一设定阈值的第一个时间点为声发射事件的结束时间点；进入（5）；如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长小于设定撞击鉴别时长，就对下一个时间点的信号幅值进行幅值判断；如果下一个时间点的信号幅值大于第一设定阈值，则返回（3）；（5）计算声发射事件的开始时间点与结束时间点之间的信号持续时间；根据信号持续时间，确定信号的总长度。
6.第二方面，本发明提供了一种声发射信号的截取系统；一种声发射信号的截取系统，包括：获取模块，其被配置为：获取待处理的信号流；开始时间确定模块，其被配置为：从待处理信号流中，确定声发射时间的开始时间点；信号幅值判断模块，其被配置为：首次执行时，判断开始时间点的下一个时间点信
号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入持续时长统计模块；非首次执行时，判断当前时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入持续时长统计模块；持续时长统计模块，其被配置为：对信号幅值低于第一设定阈值的持续时长进行统计，如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长大于等于设定撞击鉴别时长，就记录累计时长过程中信号幅值低于第一设定阈值的第一个时间点为声发射事件的结束时间点；进入信号总长度确定；如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长小于设定撞击鉴别时长，就对下一个时间点的信号幅值进行幅值判断；如果下一个时间点的信号幅值大于第一设定阈值，则返回信号幅值判断模块；信号总长度确定模块，其被配置为：计算声发射事件的开始时间点与结束时间点之间的信号持续时间；根据信号持续时间，确定信号的总长度。
7.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该声发射信号截取方法可以实现在连续采集的信号流中准确地找到目的声发射信号并对声发射信号的简单特征参数进行计算。该声发射信号截取方法可以推广设计编程在声发射采集卡中，也可以设计编程在声发射采集的上位机中。该声发射信号截取与特征提取方法具有成本可控、适宜在工程中推广、效率较高、准确率较高的优点。
附图说明
8.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
9.图1为实施例一的方法流程图；图2为实施例一的连续的信号流；图3为实施例一的截取到的声发射信号。
具体实施方式
10.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
11.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
12.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
13.本实施例所有数据的获取都在符合法律法规和用户同意的基础上，对数据的合法应用。
14.实施例一本实施例提供了一种声发射信号的截取方法；一种声发射信号的截取方法，包括：s101：获取待处理的信号流；s102：从待处理信号流中，确定声发射时间的开始时间点；s103：首次执行时，判断开始时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入s104；非首次执行时，判断当前时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入s104；s104：对信号幅值低于第一设定阈值的持续时长进行统计，如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长大于等于设定撞击鉴别时长，就记录累计时长过程中信号幅值低于第一设定阈值的第一个时间点为声发射事件的结束时间点；进入s105；如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长小于设定撞击鉴别时长，就对下一个时间点的信号幅值进行幅值判断；如果下一个时间点的信号幅值大于第一设定阈值，则返回s103；s105：计算声发射事件的开始时间点与结束时间点之间的信号持续时间；根据信号持续时间，确定信号的总长度。
15.进一步地，所述根据信号持续时间，确定信号的总长度；其中，所述信号的总长度，为信号持续时间、设定撞击鉴别时长和设定撞击闭锁时长的求和结果。
16.进一步地，所述设定撞击闭锁时长，为声发射信号的回弹波信号时长。
17.进一步地，所述从待处理信号流中，确定声发射时间的开始时间点；具体包括：获取信号幅值大于第一设定阈值的时间点作为声发射时间的开始时间点m。
18.进一步地，所述获取信号幅值大于第一设定阈值的时间点作为声发射时间的开始时间点m；具体包括：判断t时刻信号幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就表示声发射事件开始，记录开始时间点m；如果否，就对t时刻之后每个时刻信号的幅值依次进行判断，直至找到幅值大于第一设定阈值的点作为开始时间点m；找到开始时间点m后，进入下一步；其中，t为正整数。
19.进一步地，所述方法还包括：s106：根据信号的总长度，判断信号的总长度是否大于设定的最大持续时间；如果是，就从信号开始时间点进行截取，截取出最大持续时间的长度，然后对截取的信号进行保存；如果否，就直接对信号进行保存。
20.在采集卡连续采集到的信号流中准确截取到一段声发射信号即准确地找到目标信号的开始点与结束点，确定了这两个点的位置，即确定了一段声发射信号。
21.根据声发射信号在连续的数据流中具有突起的特点，首先确定信号开始点。设计连续的信号流过设定阈值(threshold, thr)参数后即开始截取声发射信号，否则一直与阈值参数比较，处于判断状态，此时没有进入到截取状态。
22.若截取开始后，将第一个超过第一设定阈值阈值的点记录为开始点。
23.在开始点之后，需要找到该段声发射信号参数的结束点，判断何时结束，此处引入撞击鉴别时长(hit definition time, hdt)，当声发射信号从高于第一设定阈值thr到低于thr时触发撞击鉴别时长hdt，在撞击鉴别时长hdt段内仍然没有越过thr的值时，认为最
后一个过thr的值为该段声发射信号的结束点，从信号开始点到该结束点即信号持续时间duration。
24.由于声发射信号机械波的物理特性，在一段声发射信号后往往会伴有回弹波，为了避免将回弹波误认为下一个声发射信号，引入撞击闭锁时间(hit lockout time,hlt)。在hlt时间段内，无论有没有越过thr的信号，都不再进行分析，处于闭锁状态。该撞击闭锁时间需要针对声发射信号进行人为设定，一般设定不小于hdt时间长度，该时间过短，会将回弹波误认为新的声发射信号。
25.在特殊时刻，会有密集的声发射信号群，即在设定的hdt时间内一直有超过阈值信号，声发射信号截取状态会在s104和s103之间往复，并在md时间内仍然没有找到结束点，即采用以上参数无法及时截取声发射信号，则需要强行截断该声发射信号，此处设置参数最大持续时间(maximum duration, md)。
26.信号的长度=信号持续时间duration 撞击鉴别时间(hdt) 撞击闭锁时间(hlt)。
27.在信号截取过程中，越过阈值thr后开始记录开始坐标。比较信号幅值，将对比过程中信号幅值的最大值赋值给信号幅度；幅度对应的坐标减去开始坐标的时间间隔即为信号上升时间；信号幅值每越过一次thr记一次振铃计数，在越过阈值后也开始记录；同理，信号能量也可以在开始越过信号thr后开始计算。故在截取信号过程中可以简单计算信号幅度、上升时间、振铃计数、能量和持续时间等特征参数。
28.其流程图如图1所示。在采集到连续的信号流中对声发射信号进行截取，参数设置为thr=0.1v，hdt=0.002s，hlt=0.002s，md=1s。
29.连续信号如图2所示，截取到的声发射信号图如图3所示。
30.图2所示信号占内存大小为2.01gb，截取后声发射信号52.6mb，占用内存为原先2.56%，节省了97.44%的空间。
31.在采集的连续的信号流中无法对单个声发射信号特征参数进行提取，现用该算法截取后可以方便提取声发射信号简单特征参数以及复杂深层特征参数，对声发射技术在健康监测领域的应用具有重要意义。表1为该过程中计算的声发射信号特征参数。
32.表1利用声发射技术监测工程构件安全的技术是对单个声发射信号进行分析，所以需要将声发射信号截取出来。截取出来根据特征参数分析后才能判断构件是否安全。
33.实施例二
本实施例提供了一种声发射信号的截取系统；一种声发射信号的截取系统，包括：获取模块，其被配置为：获取待处理的信号流；开始时间确定模块，其被配置为：从待处理信号流中，确定声发射时间的开始时间点；信号幅值判断模块，其被配置为：首次执行时，判断开始时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入持续时长统计模块；非首次执行时，判断当前时间点的下一个时间点信号的幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就继续对下一个时间点进行判断；如果否，就进入持续时长统计模块；持续时长统计模块，其被配置为：对信号幅值低于第一设定阈值的持续时长进行统计，如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长大于等于设定撞击鉴别时长，就记录累计时长过程中信号幅值低于第一设定阈值的第一个时间点为声发射事件的结束时间点；进入信号总长度确定；如果信号幅值低于第一设定阈值的累计时长小于设定撞击鉴别时长，就对下一个时间点的信号幅值进行幅值判断；如果下一个时间点的信号幅值大于第一设定阈值，则返回信号幅值判断模块；信号总长度确定模块，其被配置为：计算声发射事件的开始时间点与结束时间点之间的信号持续时间；根据信号持续时间，确定信号的总长度。
34.所述从待处理信号流中，确定声发射时间的开始时间点；具体包括：获取信号幅值大于第一设定阈值的时间点作为声发射时间的开始时间点m。
35.所述获取信号幅值大于第一设定阈值的时间点作为声发射时间的开始时间点m；具体包括：判断t时刻信号幅值是否大于第一设定阈值，如果是，就表示声发射事件开始，记录开始时间点m；如果否，就对t时刻之后每个时刻信号的幅值依次进行判断，直至找到幅值大于第一设定阈值的点作为开始时间点m；找到开始时间点m后，进入信号幅值判断模块；其中，t为正整数。
36.根据信号的总长度，判断信号的总长度是否大于设定的最大持续时间；如果是，就从信号开始时间点进行截取，截取出最大持续时间的长度，然后对截取的信号进行保存；如果否，就直接对信号进行保存。
37.此处需要说明的是，上述获取模块、开始时间确定模块、信号幅值判断模块、持续时长统计模块和信号总长度确定模块对应于实施例一中的步骤s101至s105，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
38.上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
39.所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不
执行。
40.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。