[发明专利]基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法

权利要求书

1.基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在待冲击金属工件的表面安装声发射压电式传感器探头，声发射压电式传感器与衰减器连接，信号衰减器与前置放大器连接，前置放大器与A/D数据采集卡连接，A/D数据采集卡与工控机连接；激光区域冲击动态过程中每产生一个激光脉冲，与激光冲击区域等距的4个声发射传感器同步实时采集声发射信号；

步骤二：为提高信号的信噪比，对4个通道的声发射信号同步进行小波阈值降噪处理，进而得到无低频噪声干扰的降噪声发射信号；

步骤三：对4个通道降噪后的声发射信号融合取算术均值，得到融合取均值后的声发射信号X(t)；

步骤四：对4通道融合后的声发射信号X(t)进行4层谐波小波包分解；

步骤五：根据谐波小波包分解的频带能量特征计算公式，提取4层谐波小波包分解后能量占比最高的第2频带能量占比值，以每次区域冲击25个冲击点处声发射信号的第2频带能量占比算术均值表征激光冲击强化动态过程的残余压应力，实时监测激光冲击强化过程工件表面的残余压应力。

2.根据权利要求1所述的基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，步骤一中，该方法基于声发射信号采集系统，包括声发射压电式传感器、信号衰减器、前置放大器、A/D数据采集卡和工业计算机，声发射传感器采用RS-2A声发射压电式传感器，其频率响应范围50HZ～400kHZ，灵敏度为80dB±5dB，信号衰减器的衰减倍数设置为20dB，前置放大器的放大增益设置为20dB，A/D数据采集卡的采样频率设置为3MHz，在激光冲击过程中通过工控机和A/D数据采集卡实现同步采集材料内部的声发射弹性波信号数据。

3.根据权利要求1所述的基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，步骤二中，为了降低声发射信号中低频噪声的干扰，提高信号信噪比，采用提升后的db4小波对声发射信号进行三层软阈值降噪，具体的方法是用lsnew提升的db4小波对声发射信号进行三层小波分解，每分解一层，设置对应层的阈值t_l＝cδ_l，其中δ_l为第l层低频逼近信号的标准差，系数c取值为3，对每一分解层中小于阈值的低频小波系数直接置0，对大于阈值的低频小波系数减去对应分解层阈值做平滑处理，每一分解层依次降噪，直到三次分解完成，进而得到降噪后的声发射信号，对4通带采集信号进行相同处理。

4.根据权利要求1所述的基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，步骤三中，为了避免声发射信号出现的偶然性，提高信号抗干扰能力，对4个通道同步采集的同一激光冲击点处的降噪声发射信号融合取均值，从而得到4通道融合后的声发射信号X(t)。

5.根据权利要求1所述的基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，步骤四中，对4通道融合后的声发射信号X(t)进行4层谐波小波包分解，得到不同尺度的各个小波系数，具体操作为首先计算j层谐波小波包分解频率带宽为：

B＝f_s/2^j+1

其中：f_s为声发射信号采样频率，j为分解层数；

则所分析频带的上、下限分别为：

6.根据权利要求1所述的基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，步骤五中，根据谐波小波包频带能量监测原理及谐波小波包频带能量计算公式，计算出不同尺度下的谐波小波系数能量值：

式中：N、M分别为频带个数及各频带的小波系数所拥有的数量；

将所获得的能量做如下式归一化相关的操作：

得到声发射信号4层谐波小波包分解后能量占比最高的第2频带能量占比特征。

7.根据权利要求1所述的基于谐波小波频带能量的激光冲击强化质量在线监测方法，其特征在于，步骤五中，为了提高信号的抗干扰能力及特征的鲁棒性，以区域冲击25个冲击点处声发射信号的第二频带能量占比均值表征激光冲击强化动态过程的残余压应力，实时监测激光冲击强化过程零件内部的残余压应力。