一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN102928514102928514B(45)授权公告日2014.12.24(21)申请号201210411121.6(22)申请日2012.10.14(73)专利权人浙江农林大学地址311300浙江省临安市浙江农林大学信息工程学院(72)发明人冯海林方益明李光辉李剑(51)Int.Cl.G01N29/12(2006.01)G01N29/44(2006.01)审查员张煜欣权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图2页附图2页(54)发明名称一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法，在原木周围均匀地安装压电式加速度传感器，用脉冲锤敲击其中编号为0的传感器，利用数据采集卡完成传感器输出信号的采集，保存；对采集到的信号做K点快速傅立叶变换，然后求出实测频率响应函数；根据实测频率响应函数及健康木的频率响应函数，构建观察矩阵；作基于二阶统计量的盲源分离，估计缺陷点与观测点之间的频率响应函数；最后以聚类结果为依据判别木材内部有无缺陷、缺陷数量以及缺陷大小。该根据木材频率响应函数的应力波无损检测方法，不受反射波、折射波信号的干扰，检测结果更加准确，能自动检测出木材内部是否存在缺陷、缺陷大小的信息，检测过程简便，实用性强。CN102928514BCN1029854BCN102928514B权利要求书1/2页1.一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，在原木周围均匀地安装I个通过信号线缆连接至数据采集卡的压电式加速度传感器，用脉冲锤敲击编号为0的传感器，然后通过数据采集卡完成压电式加速度传感器输出信号的采集，保存为x0(n)，x1(n)，…，xi(n)，…，xI-1(n)；步骤二，对采集到的信号做K点快速傅立叶变换，得到X0(k)，X1(k)，…，Xi(k)，…，XI-1(k)，k＝0，1，…，K-1，然后求出第0个传感器至其他各观测传感器之间的实际频率响应函数；步骤三，定义相同条件下健康木材中第0个传感器至其他各观测传感器之间的频率响应函数为H0，i(k)，然后将Hj(k)减去H0，j(k)，得到：Yi(k)＝Hi(k)-H0，i(k)，i＝1，…，I-1；步骤四：构建Y＝[Y′1(k)，Y′2(k)，…，Y′I-1(k)]′作为观察矩阵，对其作基于二阶统计量的盲源分离，估计出混合矩阵W＝[G′0，1(k)，G′0，2(k)，…，G′0，J(k)]′和源向量Gj，i(k)，i＝1，…，I-1，j＝1，2，…，J，其中G0，j(k)为第0个传感器至木材内部第j个缺陷点之间的频率响应函数，Gj，i(k)为第j个缺陷点至第i个观测点之间的频率响应函数；步骤五，对估计出的J个(k)进行k均值聚类分析；步骤六，根据聚类的结果判别木材内部有无缺陷，类别数量决定缺陷区域的多少，每类中数据对象的数量表示该缺陷区域的大小。2.如权利要求1所述的一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法，其特征在于，在步骤三中，H0，i(k)反映的是应力波信号沿球面方向的传播特征，与缺陷信息无关，可由健康木材内的频率响应函数得出。3.如权利要求1所述的一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法，其特征在于，对于健康木材，可视为匀质木材，各Gj，i(k)的数值大小相等；对于有缺陷的木材，缺陷点上的Gj，i(k)数值与其他区域不同，相近的缺陷点数值大致相同。4.如权利要求1所述的一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法，其特征在于，将Y＝[Y′1(k)，Y′2(k)，…，Y′I-1(k)]′作为观察矩阵，对其作基于二阶统计量的盲源分离，估计出混合矩阵W＝[G′0，1(k)，G′0，2(k)，…，G′0，J(k)]′和源向量Gj，i(k)，i＝1，…，I-1，j＝1，2，…，J，其中G0，j(k)为第0个传感器至木材内部第j个缺陷点之间的频率响应函数，Gj，i(k)为第j个缺陷点至第i个观测点之间的频率响应函数，详细步骤为：估计Y的相关矩阵对作特征值分解(EVD)其中(I-1)×J维矩阵j是与J个按下降顺序排列的的主要特征值ΛS＝2CN102928514B权利要求书2/2页diag{λ1≥λ2…≥λJ}相对应的特征矢量；(I-1)×(I-1-J)维矩阵VN包含(I-1-J)个噪声特征ΛN＝{λJ+1≥…≥λI-1}对应的噪声特征矢量，并且λJ＞λJ+1；白噪声方差估计成(I-1-J)个不重要特征值的均值；进行稳健的预白化变换：其中对于给定的p≠0，估计矢量的协方差阵，并进行协方差阵的奇异值分解：对于给定的p，检查对角阵所有奇异值是否不同，如果相同，对于不同的时滞p重复步骤(5)，