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《一种改进的小波分析消噪方法及其在健康监测中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、振动与冲击第26卷第10期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo.l26No.102007一种改进的小波分析消噪方法及其在健康监测中的应用赵晓燕,李宏男(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,大连116024)摘要:结构物的变形可以根据压电智能材料的正压电效应来监测,但是由于压电材料是电学材料,易受外界环境的干扰,预将压电材料用于实际工程的健康监测,好的滤波方法是必备的条件之一。采用小波分析对信号进行降噪和故障诊断是其有效的应用之一,本文在小波多分辨分析阈值法的
2、基础上,对阈值进行了修正,仿真结果表明其效果优于传统阈值法;将该方法应用于利用压电陶瓷传感器所监测到的一框架剪力墙模型的振动信号降噪中,其结果表明该法可以较有效去除噪声。关键词:小波分析;滤波;压电陶瓷传感器;结构;监测中图分类号:TU375.3;P315.95;P315.98文献标识码:A结构的健康监测已经成为航空航天、机械以及土小的趋势,即在小尺度上,几乎均为噪声信号,从而可木工程领域广泛研究的课题之一,同时它也是构建智以利用小波分析在不同的分解尺度上的特性对信号进[1]能结构的关键技术。
3、如何获得准确的监测信号是健行降噪处理。[2]康监测顺利进行的重要环节。压电材料虽然具有响12阈值函数及改进应快、频响率范围宽等优点,但是由于其是电学类元根据噪声和信号在不同小波分解尺度上的不同传件,因而不可避免的要受到外界环境的影响,而且当信递性,最大限度的去除小尺度对应的系数,重构得到较号的信噪比较小时,真实信号不易辨别。对压电材料真实信号,即阈值法,限度值就是所取的阈值。令k,j~信号进行滤波的措施可以采用接地、屏蔽和硬件滤波和k,j分别表示处理前后的小波分解系数,T为阈值,等措施,而通
4、过软件对采集到的信号进行滤波灵活方则阈值法可以表示为便,能更好的提高信号的信噪比。小波分析具有良好k,j-T(k,j>T)的时频分析能力[3],在故障诊断和信号去噪方面有着~k,j=k,j+T(k,j-T)(2-a)[4-7]常规付氏变换不可比拟的优势。尤其是阈值去噪0法,能够对分解到不同尺度上的信号分别设置门限值,~k,j(
5、k,j
6、>T)滤除噪声。k,j=(2-b)0(
7、k,j
8、T)本文在分析了软硬阈值方法的利弊后,对Donoho式(2-a)和(2-b)分别表示软硬阈值法。二者
9、对提出的统一阈值进行了修正。并进行了仿真和实际采小于阈值的小波系数均采用置零的方法;对大于阈值集信号的滤波,结果表明,该方法优于传统的阈值法,的系数,硬阈值法仅保留原系数而不做任何处理,这会并能够将压电传感器监测的有效地震动信号提出。造成小波系数的不连续;软阈值法则在大于阈值的小1小波分析去噪方法及改进波系数中减去了阈值只保留了系数与阈值间的差值,11噪声表达[8]这种方法虽然保证了信号的连续性,但会使得在重构一维带噪信号通常将噪声以线性叠加的方式作用信号时,留下恒定的偏差。近年来对如何估计阈
10、值,以~于真实信号,即求找到能使k,j与真实信号间良好逼近的方法成为各s(i)=f(i)+e(i),i=0,1,,n-1(1)领域的研究热点之一。根据不同领域的测量目的和精式中,f表示真实信号;e表示噪声;表示噪声水度的不同,估计阈值的方法各有不同,如最大似然无偏平(噪声强度)。因为噪声与信号在多分辨分析不同尺估计阈值,贝叶斯估计阈值,比例萎缩估计阈值等,这度间的传递特性不同,分解尺度越大,对应的信号的小些方法虽然精确但是当实时采集的数据量多时,会使波系数越大,而由于噪声的负奇异性,其小波系数
11、呈减得信号采集滞后。Donoho[9]提出的阈值计算规则简单,但是当数据基金项目:教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT0518)量趋于无穷大时,阈值会变为无穷大,使得处理后的信收稿日期:2006-09-19修改稿收到日期:2007-03-14号失真;而且由于噪声在每种尺度上的分解特性不同,第一作者赵晓燕女,博士生,1980年生对相应的小波系数设置相同的阈值也不合理。但由于138振动与冲击2007年第26卷该阈值计算简便,在综合考虑软硬阈值法的降噪特点
12、在最简单的带噪信号模型中,认为e是均值为零的及噪声信号特点的基础上,将Donoho阈值前乘以变化高斯白噪声,并且噪声水平等于1。但是在大多数情况的系数进行改进,令调整后的系数为,则下,采集信号的噪声是未知的,这就需要在进行小波分NNk-1k解降噪前对噪声水平进行估计,已证明,噪声的方差可=!T,!=!j!jj=1,2,,N[10]k=1k=1以用其中位数来估计,即N(3)=!k,j0.6745(5)~k,j-sign(k,
