CN109580354A - 一种纺织材料的声发射信号采集分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纺织材料的声发射信号采集分析系统，其包括截面呈矩形的静音箱、纺织材料试样、声发射信号传感器、处理装置，处理装置包括数据采集卡以及与中央处理器；静音箱包括第一试样夹持器、第二试样夹持器以及拉伸装置，纺织材料试样固定在第一试样夹持器和第二试样夹持器之间，声发射信号传感器邻近设置在纺织材料试样的中部，拉伸装置与第二试样夹持器相固定。本发明在全静音环境下，采用声发射信号传感器对受拉伸的纺织材料试样的整个拉伸断裂过程进行实时信号检测。当纺织材料试样断裂后产生声学信号，信号采集后传输至数据采集卡，由其进行模数转换后传输给中央处理器，降低了环境噪声，提高信号纯净度。
Description
技术领域
本发明涉及信息系统领域，具体而言，本发明涉及一种纺织材料的声发射信号采集分析系统。
背景技术
评估纺织材料性能传统主要集中在力学方面，如初始模量、断裂强力、断裂强度等性能。该类指标对其性能评价较为宏观、模糊，并不能准确地呈现纺织材料的微观物理特性。现有的纺织材料拉伸试验机只是从材料拉伸断裂过程的应力-应变曲线中获取相关的力学性质，缺少对其内在破坏模式的深层次研究，也不利于纺织材料生产过程的优化与提高。
纺织材料拉伸断裂声发射信号是由于材料在外力作用下，其发生形变或断裂，在这一过程中所释放的瞬态弹性应力波，经传感器转化为声发射信号。但是环境噪声会直接影响到声发射信号，使采集到的信号更为复杂，影响信号的纯净度，不利于后续对信号的分析和处理。
发明内容
为了寻找更为有效的纺织材料的声发射信号采集分析的实现方案，本发明实施例提供了一种纺织材料的声发射信号采集分析系统，该一种纺织材料的声发射信号采集分析系统包括截面呈矩形的静音箱、固定在所述静音中的纺织材料试样、用于采集所述纺织材料试样的声发射信号的声发射信号传感器、用于处理声发射信号的处理装置，所述处理装置包括与所述声发射信号传感器连接的数据采集卡以及与所述数据采集卡连接的中央处理器；所述静音箱包括第一试样夹持器、与所述第一试样夹持器相对的第二试样夹持器以及与外部拉伸动力装置连接的用于拉伸所述纺织材料试样的拉伸装置，所述纺织材料试样固定在所述第一试样夹持器和所述第二试样夹持器之间，所述声发射信号传感器邻近设置在所述纺织材料试样的中部，所述拉伸装置与所述第二试样夹持器相固定。
优选地，所述静音箱包括用于观察所述纺织材料试样拉伸断裂的观察窗，所述观察窗位于所述静音箱的一侧且正对所述纺织材料试样设置。
优选地，所述数据采集卡的型号为M2I.4911-EXP。
优选地，所述声发射信号传感器为PVDF压电传感器。
优选地，所述中央处理器包括用于使用小波变换对声发射信号降噪的降噪单元、用于从降噪后声发射信号中截取有效信号的截取单元、用于对有效信号进行希尔伯特黄变换的希尔伯特黄变换器、用于提取声发射信号的特征信息的主成分分析单元以及用于将获得的不同的声发射信号的特征信息运用最小二乘支持向量机建立识别模型去待识别的声发射信号的分类单元，所述降噪单元、截取单元、希尔伯特黄变换器、主成分分析单元以及分类单元顺次连接；所述降噪单元、分类单元分别与所述数据采集卡连接。
与现有技术相比，本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统具有如下有益效果：
本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统在全静音环境下，采用声发射信号传感器对受拉伸的纺织材料试样的整个拉伸断裂过程进行实时信号检测。当纺织材料试样断裂后产生声学信号，信号采集后传输至数据采集卡，由其进行模数转换后传输给中央处理器，在一定程度上降低了环境噪声，提高了信号的纯净度。同时，还本发明实施例还通过中央处理器中的希尔伯特黄变换器、主成分分析单元以及分类单元实现了对采集的信号的模式识别，方便了人们对后续对信号的分析和处理。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统的整体结构示意图；
图2为图1中A处放大结构示意图；
图3为本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统中处理装置的模块结构示意图。
图中标识说明：
10、处理装置；102、数据采集卡；101、中央处理器；1011、降噪单元；1013、截取单元；1017、希尔伯特黄变换器；1015、主成分分析单元；1019、分类单元；
20、静音箱；201、第一试样夹持器；202、观察窗；203、第二试样夹持器；204、拉伸装置；
30、声发射信号传感；
40、纺织材料试样。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
请参阅图1-图2，本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统，其包括截面呈矩形的静音箱20、固定在静音箱20中的纺织材料试样40、用于采集纺织材料试样40的声发射信号的声发射信号传感器30、用于处理声发射信号的处理装置10，其中，处理装置10包括与声发射信号传感器30连接的数据采集卡102以及与数据采集卡102连接的中央处理器101；静音箱20包括第一试样夹持器201、与第一试样夹持器201相对的第二试样夹持器203以及与外部拉伸动力装置连接的用于拉伸纺织材料试样40的拉伸装置204，纺织材料试样40固定在第一试样夹持器201和第二试样夹持器203之间，声发射信号传感器30邻近设置在纺织材料试样40的中部，拉伸装置204与第二试样夹持器203相固定。
在一些实施方式中，静音箱20还包括用于观察纺织材料试样40拉伸断裂的观察窗202，该观察窗202位于静音箱20的一侧且正对纺织材料试样40。
请参阅图3，中央处理器101包括用于使用小波变换对声发射信号降噪的降噪单元1011、用于从降噪后声发射信号中截取有效信号的截取单元1013、用于对有效信号进行希尔伯特黄变换的希尔伯特黄变换器1017、用于提取声发射信号的特征信息的主成分分析单元1015以及用于将获得的不同的声发射信号的特征信息运用最小二乘支持向量机建立识别模型去待识别的声发射信号的分类单元1019，其中，降噪单元1011、截取单元1013、希尔伯特黄变换器1017、主成分分析单元1015以及分类单元1019顺次连接；降噪单元1011、分类单元1019还分别与数据采集卡102连接。
为便于理解本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统中的中央处理器101，下面简述其工作原理：
对于数据采集卡102采集的声发射信号，先使用降噪单元1011降噪，其次通过截取单元1013从降噪后声发射信号中截取有效信号，再次利用希尔伯特黄变换器1017中的希尔伯特黄变换生成有效信号的关于时间-频率-能量的三维分布图，然后根据主成分分析单元1015对经过希尔伯特黄变换有效信号进行提取，得到声发射信号的特征信息，最后通过分类单元1019进行分类。
在一些实施方式中，截取单元1013包括用于对降噪后的声发射信号进行高通滤波过滤的过滤单元，用于对过滤之后的声发射信号的波形因子大于1.1且均方根值位于(5，40)且峭度指标大于10的信号进行截取的截取子单元，其中，过滤单元与截取子单元连接。
优选地，数据采集卡102的型号为M2I.4911-EXP。声发射信号传感器30为PVDF压电传感器。
与现有技术相比，本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统具有如下有益效果：
本发明实施例一种纺织材料的声发射信号采集分析系统在全静音环境下，采用声发射信号传感器30对受拉伸的纺织材料试样40的整个拉伸断裂过程进行实时信号检测。当纺织材料试样40断裂后产生声学信号，信号采集后传输至数据采集卡102，由其进行模数转换后传输给中央处理器101，在一定程度上降低了环境噪声，提高了信号的纯净度。同时，还本发明实施例还通过中央处理器101中的希尔伯特黄变换器1017、主成分分析单元1015以及分类单元1019实现了对采集的信号的模式识别，方便了人们对后续对信号的分析和处理。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种纺织材料的声发射信号采集分析系统，其特征在于，所述纺织材料的声发射信号采集分析系统包括截面呈矩形的静音箱、固定在所述静音中的纺织材料试样、用于采集所述纺织材料试样的声发射信号的声发射信号传感器、用于处理声发射信号的处理装置，所述处理装置包括与所述声发射信号传感器连接的数据采集卡以及与所述数据采集卡连接的中央处理器；所述静音箱包括第一试样夹持器、与所述第一试样夹持器相对的第二试样夹持器以及与外部拉伸动力装置连接的用于拉伸所述纺织材料试样的拉伸装置，所述纺织材料试样固定在所述第一试样夹持器和所述第二试样夹持器之间，所述声发射信号传感器邻近设置在所述纺织材料试样的中部，所述拉伸装置与所述第二试样夹持器相固定。
2.如权利要求1所述的纺织材料的声发射信号采集分析系统，其特征在于，所述静音箱包括用于观察所述纺织材料试样拉伸断裂的观察窗，所述观察窗位于所述静音箱的一侧且正对所述纺织材料试样设置。
3.如权利要求1所述的纺织材料的声发射信号采集分析系统，其特征在于，所述数据采集卡的型号为M2I.4911-EXP。
4.如权利要求1所述的纺织材料的声发射信号采集分析系统，其特征在于，所述声发射信号传感器为PVDF压电传感器。
5.如权利要求1所述的纺织材料的声发射信号采集分析系统，其特征在于，所述中央处理器包括用于使用小波变换对声发射信号降噪的降噪单元、用于从降噪后声发射信号中截取有效信号的截取单元、用于对有效信号进行希尔伯特黄变换的希尔伯特黄变换器、用于提取声发射信号的特征信息的主成分分析单元以及用于将获得的不同的声发射信号的特征信息运用最小二乘支持向量机建立识别模型去待识别的声发射信号的分类单元，所述降噪单元、截取单元、希尔伯特黄变换器、主成分分析单元以及分类单元顺次连接；所述降噪单元、分类单元分别与所述数据采集卡连接。
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