小波分析在中密度纤维板无损检测中的应用
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摘要
在小波分析出现之前，信号处理的主要工具是Fourier分析。Fourier分析在处理平稳随机信号方面有着不可替代的作用，而大量的现实存在的信号是非平稳时变的信号，这样Fourier分析显得能力不足。小波分析的出现，是传统信号处理的发展。小波分析是一种有效的处理非稳定信号的方法。它是一种时频分析的有用工具，因而被应用于很多领域。多年的理论和实践表明，小波分析在处理时变信号方面有着得天独厚的优势。
本论文以中密度纤维板为试件，利用弯曲振动试验、纵波共振试验测定其动态弹性模量，分析比较了小波分析和FFT分析的特点和各种试验所得结果之间的关系。
主要结论如下：
1．可以用小波分析的方法测定中密度纤维板的动态杨氏模量。
2．不同方法测得的弹性模量不同，但它们之间存在一定的关系。
3．研究了小波分析在信号消噪方面的实际应用，对试件的振动信号进行了小波消噪，取得了较好的结果。
4．研究了小波分析在非平稳信号分析方面的实际应用，说明了小波分析对此类信号分析有着傅立叶分析不可比拟的优势。通过小波分析处理试件的振动信号，发现中密度纤维板的不同缺陷对其振动信号有不同的影响。
5．小波分析在中密度纤维板缺陷的无损检测具有明显的优越性，小波分析在理论和实践上具有广阔的应用前景。
Before the advent of Wavelet Analysis, the chief tool on signal processing is Fourier analysis. Fourier analysis is an irreplaceable tool on processing stationary stochastic signals, but is at a loss on processing non-stationary time-varying signals that abound in real world. Thus wavelet analysis was introduced. It is development of methods on signal processing. Wavelet analysis is an effective method for processing an unsteady signal. It is a useful tool for time-frequency analysis, and is therefore applied in various fields. During many years theoretical and applied study, it is superior to other tools on processing time-varying signals.
The samples used in this study were medium density fiberboard (MDF). Their dynamic modulus of elasticity was measured by flexural vibration and longitudinal resonant vibration .A comparison is made between FFT Analysis and wavelet Analysis.
The main results are as follows:
1) We can measure the dynamic elasticity modulus of MDF by Wavelet Analysis.
2) The modulus of elasticity that measured by different tests was different. But there was a correlation between them.
3) The research on the application of wavelet transform in signal noise reduction is conducted. The approach of noise reduction based on wavelet denoise is proposed. The results of experiments with vibration signal of the samples show that the approach can be applied to noise reduction effectively.
4) The research on the application of wavelet transform in non-stationary signal is conducted. It is made out that wavelet analysis in these signals has a great advantage over Fourier analysis. Through processing vibration signal of the samples, it can be seen that the different defects of MDF have the different influences to the vibration character of the samples.
5) It can be acquired that wavelet analysis has the advantages in collecting the defect characters of the MDF. In conclusion, wavelet analysis is worthwhile doing both in theory and practices.
本论文以中密度纤维板为试件，利用弯曲振动试验、纵波共振试验测定其动态弹性模量，分析比较了小波分析和FFT分析的特点和各种试验所得结果之间的关系。
主要结论如下：
1．可以用小波分析的方法测定中密度纤维板的动态杨氏模量。
2．不同方法测得的弹性模量不同，但它们之间存在一定的关系。
3．研究了小波分析在信号消噪方面的实际应用，对试件的振动信号进行了小波消噪，取得了较好的结果。
4．研究了小波分析在非平稳信号分析方面的实际应用，说明了小波分析对此类信号分析有着傅立叶分析不可比拟的优势。通过小波分析处理试件的振动信号，发现中密度纤维板的不同缺陷对其振动信号有不同的影响。
5．小波分析在中密度纤维板缺陷的无损检测具有明显的优越性，小波分析在理论和实践上具有广阔的应用前景。
Before the advent of Wavelet Analysis, the chief tool on signal processing is Fourier analysis. Fourier analysis is an irreplaceable tool on processing stationary stochastic signals, but is at a loss on processing non-stationary time-varying signals that abound in real world. Thus wavelet analysis was introduced. It is development of methods on signal processing. Wavelet analysis is an effective method for processing an unsteady signal. It is a useful tool for time-frequency analysis, and is therefore applied in various fields. During many years theoretical and applied study, it is superior to other tools on processing time-varying signals.
The samples used in this study were medium density fiberboard (MDF). Their dynamic modulus of elasticity was measured by flexural vibration and longitudinal resonant vibration .A comparison is made between FFT Analysis and wavelet Analysis.
The main results are as follows:
1) We can measure the dynamic elasticity modulus of MDF by Wavelet Analysis.
2) The modulus of elasticity that measured by different tests was different. But there was a correlation between them.
3) The research on the application of wavelet transform in signal noise reduction is conducted. The approach of noise reduction based on wavelet denoise is proposed. The results of experiments with vibration signal of the samples show that the approach can be applied to noise reduction effectively.
4) The research on the application of wavelet transform in non-stationary signal is conducted. It is made out that wavelet analysis in these signals has a great advantage over Fourier analysis. Through processing vibration signal of the samples, it can be seen that the different defects of MDF have the different influences to the vibration character of the samples.
5) It can be acquired that wavelet analysis has the advantages in collecting the defect characters of the MDF. In conclusion, wavelet analysis is worthwhile doing both in theory and practices.
引文
[1] 日本非破坏检查协会编．非破坏检查实际．东京，日本，1957
[2] 梶田茂、山田正、铃木正治．木材関研究(第1报)木材学会誌，1961，7(1)：29-33
[3] Suzuki. M. The effects of water-sorption and temperature on dynamic Young's modulus and Logarithmic Decrement of wood. Mokurzai Gakkaishi,1961,7 (1):13～18
[4] 铃木正治2名．木材動率周波数依存性関係．木材学会誌，1965,11(3)：76～82
[5] 中山義雄．振動法木材非破壞試驗．木材学会誌，1975，21(10)：543～550
[6] 美国专利：No．35 13690，1977
[7] Paschalis P. Bestimmung der korclation zwischen ausgewahlten Festigenschaften strurkturkmalen von Holz mit Anwendung des Resonanz-und Ultraschallverfahrens. Holztechnologie,1978,1:14～17
[8] 铃木正治．水分木材動的率減少量比重関係．木材学会誌，1980，26(5)：299～304
[9] Nakao T, et al. Measurement of Orthotropic shear modulus for wood at a high Torsional vibration mode. Mokuzai Gakkaishi,1985,31 (6):435～439
[10] Sobue N. Simultaneous determination Young's modulus and shear modulus of structural lumber by complex vibrations of bending and twisting. Mokuzai Gakkaishi, 1988,34 (8): 652～657
[11] 铃木弘志1名．木材超音波伝播速度繊維倾斜角影響．木材学会誌，1990，36(2)：103～107
[12] 小玉泰羲．音速变断面形状有木材係数推定方法(第1报)．木材学会誌，1990，36(11)：997～1003
[13] 祖父江信夫．市贩A／D变换用率自動计测開発．木材工业，1991，46(12)：621～624
[14] 秋津裕志2名．化学处理木材振動特性．木材学会誌，1991，37(7)：590-597
[15] 名波直道3名．応力波立木材質测定(第3报)．木材学会誌，1993，39(8)：903～909
[16] Niemz P, et al. Vergleichende untersuchungen zur bestimmung des dynamischen E-moduls mittels schall-laufzeit-und resonanzfrequenzmessung. Holzforschung und Holzverwertung, 1997,49 (5):91～93
[17] 小玉泰羲1名．解析木材性能評価(第1报)．木材学会誌，2000,47(3)：197～202
[18] 外崎真理雄2名．縦振動試驗材面内不均質性評価．木材学会誌，2001，47(2)：92～96
[19] Narayanamurti D, et al. Interrationship between the modulus of elasticity and modulus of rupture of 3 ply
plywood with various defects. Holzforschung und Holzverwertung,1977, 29 (2):32～39
[20] Dunlop J I. Testing of particle board by acoustic techniques. Wood science and technology, 1980,14 (1): 69～78
[21] Greubel D. Untersuchungen zur zerstorungstreien prufung von spanplatten. Holz als Roh-und Werkstoff,1989,47 (7) :273～277
[22] 董玉庫4名．面内及v面外振動試驗木質材質評価．木材学会誌，1992，38(7)：678～686
[23] 董玉庫4名．縱振動及振動断面内不均質木質振動特性．木材学会誌，1994，40(12)：1302～1309
[24] Shyamasunder K, et al. Nondestructive evaluation of modulus of elasticity and modulus of rigidity of plywood by sonic methods. Ninth International Symposium on Nondestructive Testing of Wood-Madison, 1994:113～116
[25] Greubul D, et al. Zerstorungsfreie messung des biege-E-moduls und schubmoduls von spanplatten durch biegeschwingungen.Holz als Roh-und Werkstoff, 1995,53 (1): 29～37
[26] Niernz P. et al. untersuchungen zur anwendung der schallgeschwindigkeitsmessung fur die ermittlung der elastomechanischen eigenschaften von spanplatten.Holz als Roh-und Werkstoff,1996,54 (3) :201～204
[27] 史伯章等．木材声速的研究．南京林产工业学院学报，1983，3：6~12
[28] 戴澄月等．木材强度超声波检测的研究．东北林业大学学报，1987，15(2)：82~96．
[29] 赵学增等．用FFT方法分析木材的打击音响快速测定木材弹性常数的研究．东北林业大学学报，1988，增刊：29~35
[30] 王志同等．用应力波非破损检测技术检测中密度纤维板弹性模量的研究．木材工业，1995，9(5)：17~21
[31] 李坚主编．木材科学新篇．东北林业大学出版社，1991
[32] 小玉泰羲．小波分析在木材的性能评价中的应用(第一报)．木材学会志，Vol．46，No．3，p．197-202(2000)
[33] 胡昌华、张军波等．基于Matlab的系统分析与设计．西安电子科技大学出版社，2001
[34] 程正兴编著．小波分析算法与应用．西安交通大学出版社，1999
[35] 飞思科技．Matlab6.5辅助小波分析与应用．电子工业出版社，2003
[36] 胡英成、王逢瑚等．利用振动法检测胶合板剪切弹性模量的研究．木材工业，2001，15(4)：12~14
[37] 胡英成、王逢瑚等．刨花板动态抗弯弹性模量的无损检测．东北林业大学学报，2001，29(1)：9~11
[38] 胡英成、王逢瑚等．刨花板动态剪切弹性模量的无损检测．东北林业大学学报，2001，29(2)：17~20
[39] 张民．小波分析在汽轮机叶片振动信号处理中的应用．华北电力大学，2001
[40] 成琼．基于小波分析的齿轮故障诊断研究．湖南大学，2001
[41] 王立海等．木材缺陷检测技术研究现状．林业科技，2002，27(3)：35-38
[42] 振动法在木质材料无损检测中的应用．国际木业，2002，32(2)：14-16
[43] 木材及人造板物理力学性能无损检测技术研究的发展与展望．世界林业研究，2002，15(4)：39-46
[44] 木质复合材料无损检测中振动信号处理方法分析．东北林业大学学报，2003，32(1)
[45] 小波、人工神经网络在木质复合材料无损检测中的应用研究．木材工业，2004
[46] 单板贴面中密度纤维板弹性模量的无损检测．中国林学会木材科学分会第九次学术研讨会论文集，2004，1：506-510
[47] 基于小波、神经网络的木质复合材料无损检测展望．中国林学会木材科学分会第九次学术研讨会论文集，2004，1：516-521
[48] 利用振动法对人造板动态弹性模量进行无损检测的研究．胡英成．东北林业大学硕士学位论文．
[2] 梶田茂、山田正、铃木正治．木材関研究(第1报)木材学会誌，1961，7(1)：29-33
[3] Suzuki. M. The effects of water-sorption and temperature on dynamic Young's modulus and Logarithmic Decrement of wood. Mokurzai Gakkaishi,1961,7 (1):13～18
[4] 铃木正治2名．木材動率周波数依存性関係．木材学会誌，1965,11(3)：76～82
[5] 中山義雄．振動法木材非破壞試驗．木材学会誌，1975，21(10)：543～550
[6] 美国专利：No．35 13690，1977
[7] Paschalis P. Bestimmung der korclation zwischen ausgewahlten Festigenschaften strurkturkmalen von Holz mit Anwendung des Resonanz-und Ultraschallverfahrens. Holztechnologie,1978,1:14～17
[8] 铃木正治．水分木材動的率減少量比重関係．木材学会誌，1980，26(5)：299～304
[9] Nakao T, et al. Measurement of Orthotropic shear modulus for wood at a high Torsional vibration mode. Mokuzai Gakkaishi,1985,31 (6):435～439
[10] Sobue N. Simultaneous determination Young's modulus and shear modulus of structural lumber by complex vibrations of bending and twisting. Mokuzai Gakkaishi, 1988,34 (8): 652～657
[11] 铃木弘志1名．木材超音波伝播速度繊維倾斜角影響．木材学会誌，1990，36(2)：103～107
[12] 小玉泰羲．音速变断面形状有木材係数推定方法(第1报)．木材学会誌，1990，36(11)：997～1003
[13] 祖父江信夫．市贩A／D变换用率自動计测開発．木材工业，1991，46(12)：621～624
[14] 秋津裕志2名．化学处理木材振動特性．木材学会誌，1991，37(7)：590-597
[15] 名波直道3名．応力波立木材質测定(第3报)．木材学会誌，1993，39(8)：903～909
[16] Niemz P, et al. Vergleichende untersuchungen zur bestimmung des dynamischen E-moduls mittels schall-laufzeit-und resonanzfrequenzmessung. Holzforschung und Holzverwertung, 1997,49 (5):91～93
[17] 小玉泰羲1名．解析木材性能評価(第1报)．木材学会誌，2000,47(3)：197～202
[18] 外崎真理雄2名．縦振動試驗材面内不均質性評価．木材学会誌，2001，47(2)：92～96
[19] Narayanamurti D, et al. Interrationship between the modulus of elasticity and modulus of rupture of 3 ply
plywood with various defects. Holzforschung und Holzverwertung,1977, 29 (2):32～39
[20] Dunlop J I. Testing of particle board by acoustic techniques. Wood science and technology, 1980,14 (1): 69～78
[21] Greubel D. Untersuchungen zur zerstorungstreien prufung von spanplatten. Holz als Roh-und Werkstoff,1989,47 (7) :273～277
[22] 董玉庫4名．面内及v面外振動試驗木質材質評価．木材学会誌，1992，38(7)：678～686
[23] 董玉庫4名．縱振動及振動断面内不均質木質振動特性．木材学会誌，1994，40(12)：1302～1309
[24] Shyamasunder K, et al. Nondestructive evaluation of modulus of elasticity and modulus of rigidity of plywood by sonic methods. Ninth International Symposium on Nondestructive Testing of Wood-Madison, 1994:113～116
[25] Greubul D, et al. Zerstorungsfreie messung des biege-E-moduls und schubmoduls von spanplatten durch biegeschwingungen.Holz als Roh-und Werkstoff, 1995,53 (1): 29～37
[26] Niernz P. et al. untersuchungen zur anwendung der schallgeschwindigkeitsmessung fur die ermittlung der elastomechanischen eigenschaften von spanplatten.Holz als Roh-und Werkstoff,1996,54 (3) :201～204
[27] 史伯章等．木材声速的研究．南京林产工业学院学报，1983，3：6~12
[28] 戴澄月等．木材强度超声波检测的研究．东北林业大学学报，1987，15(2)：82~96．
[29] 赵学增等．用FFT方法分析木材的打击音响快速测定木材弹性常数的研究．东北林业大学学报，1988，增刊：29~35
[30] 王志同等．用应力波非破损检测技术检测中密度纤维板弹性模量的研究．木材工业，1995，9(5)：17~21
[31] 李坚主编．木材科学新篇．东北林业大学出版社，1991
[32] 小玉泰羲．小波分析在木材的性能评价中的应用(第一报)．木材学会志，Vol．46，No．3，p．197-202(2000)
[33] 胡昌华、张军波等．基于Matlab的系统分析与设计．西安电子科技大学出版社，2001
[34] 程正兴编著．小波分析算法与应用．西安交通大学出版社，1999
[35] 飞思科技．Matlab6.5辅助小波分析与应用．电子工业出版社，2003
[36] 胡英成、王逢瑚等．利用振动法检测胶合板剪切弹性模量的研究．木材工业，2001，15(4)：12~14
[37] 胡英成、王逢瑚等．刨花板动态抗弯弹性模量的无损检测．东北林业大学学报，2001，29(1)：9~11
[38] 胡英成、王逢瑚等．刨花板动态剪切弹性模量的无损检测．东北林业大学学报，2001，29(2)：17~20
[39] 张民．小波分析在汽轮机叶片振动信号处理中的应用．华北电力大学，2001
[40] 成琼．基于小波分析的齿轮故障诊断研究．湖南大学，2001
[41] 王立海等．木材缺陷检测技术研究现状．林业科技，2002，27(3)：35-38
[42] 振动法在木质材料无损检测中的应用．国际木业，2002，32(2)：14-16
[43] 木材及人造板物理力学性能无损检测技术研究的发展与展望．世界林业研究，2002，15(4)：39-46
[44] 木质复合材料无损检测中振动信号处理方法分析．东北林业大学学报，2003，32(1)
[45] 小波、人工神经网络在木质复合材料无损检测中的应用研究．木材工业，2004
[46] 单板贴面中密度纤维板弹性模量的无损检测．中国林学会木材科学分会第九次学术研讨会论文集，2004，1：506-510
[47] 基于小波、神经网络的木质复合材料无损检测展望．中国林学会木材科学分会第九次学术研讨会论文集，2004，1：516-521
[48] 利用振动法对人造板动态弹性模量进行无损检测的研究．胡英成．东北林业大学硕士学位论文．
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