基于AR-SK的北美鵝掌楸原木聲信號特征參數(shù)提取及質(zhì)量分等
發(fā)布時(shí)間：2022-02-13 12:09
闊葉材原木的質(zhì)量評估可以為行業(yè)提供最優(yōu)的闊葉材資源利用價(jià)值,然而因缺陷聲信號的非平穩(wěn)性和缺陷類型特征的重疊性,有效的質(zhì)量評估聲參數(shù)非常有限�；诖�,提出一種基于自回歸模型（AR）和譜峭度（SK）相結(jié)合的特征聲參數(shù)提取與分等方法。利用AR線性濾波器濾除聲信號中周期平穩(wěn)成分,并對包含缺陷信息的殘差信號進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換,計(jì)算其譜峭度值并定位最大譜峭度所在的頻帶,以其頻帶的中心頻率和帶寬設(shè)計(jì)濾波器對殘差信號進(jìn)行濾波以獲取原木主要缺陷信號分量,計(jì)算該信號分量的峭度值,將其作為表征聲信號的特征參數(shù)對北美鵝掌楸原木進(jìn)行質(zhì)量分等。樣本原木的實(shí)際鋸切結(jié)果顯示,基于AR-SK的預(yù)測分等中,高質(zhì)量原木組中的高等級板材率為77.2%,而低質(zhì)量組中的高等級板材率為21.8%。與傳統(tǒng)的聲速分等相比,高質(zhì)量組中的高等級板材率提高了33%以上,而低質(zhì)量組中的高等級板材率降低了約26%。研究結(jié)果表明,所提方法能有效分離缺陷信號成分并對該原木質(zhì)量進(jìn)行較精確分等。
【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(24)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
AR-SK過程
為獲取原木基本物理參數(shù),首先沿原木長度方向?qū)ζ溥M(jìn)行高分辨率三維激光掃描。掃描步進(jìn)為1.59 mm,依據(jù)原木周長差異,每周像素點(diǎn)數(shù)為250～450點(diǎn),平均分辨率為3pixel/cm。原木掃描試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2所示。然后用量程2 000 kg,精度為0.5 kg的吊秤(LHS4000a, ADAM Equipment,Inc.,Oxford,CT)對每根原木的質(zhì)量進(jìn)行測量。最后由原木總質(zhì)量和三維激光掃描得到的精確體積計(jì)算原木密度。上述參數(shù)均列于表1。表1 北美鵝掌楸原木尺寸和物理參數(shù)Tab.1 Dimensional and physical measures of the yellow-poplar logs 原木編號 長度/m 直徑/cm 質(zhì)量/kg 密度/(kg·m-3) 體積/m3 原木編號 長度/m 直徑/cm 質(zhì)量/kg 密度/(kg·m-3) 體積/m3 大端 小端 均值 大端 小端 均值 1123 3.47 46.7 43.1 47.3 419.0 685.4 0.611 1141 4.08 35.8 35.8 35.8 311.4 759.8 0.410 1126 3.99 51.2 51.2 49.5 537.1 672.5 0.798 1147 3.81 36.2 34.5 35.7 286.9 735.4 0.390 1128 3.99 59.2 52.0 53.9 827.6 885.7 0.934 1153 3.60 53.4 51.6 54.0 675.1 785.9 0.858 1129 4.63 50.9 50.9 52.8 821.7 783.5 1.048 1154 2.90 52.9 52.9 52.1 643.8 1000.5 0.643 1131 5.00 38.1 35.1 36.4 388.2 729.5 0.532 1155 3.47 51.1 46.1 48.2 522.6 800.3 0.652 1133 4.48 48.4 47.1 47.6 498.0 610.9 0.814 1161 5.03 43.4 38.4 40.5 548.4 827.0 0.662 1134 5.12 42.7 39.1 40.7 420.4 614.5 0.684 1166 5.18 59.9 58.5 57.9 1202.6 831.0 1.446 1136 4.27 32.4 32.4 32.6 167.1 497.1 0.336 1167 3.47 46.4 42.7 44.8 459.4 827.4 0.555 1137 4.11 48.4 43.1 45.2 548.9 828.8 0.662 1169 4.91 44.1 37.5 39.2 474.9 780.3 0.608 1138 3.38 42.6 41.1 41.7 363.7 767.6 0.473 1170 4.42 37.1 37.1 36.8 360.0 740.5 0.486 1140 3.38 37.9 37.9 37.9 291.0 760.1 0.383
聲學(xué)試驗(yàn)完成后,根據(jù)視覺評估結(jié)果和原木基本測試參量,從52根樣本原木中挑選出能代表此批次原木總體質(zhì)量的21根原木進(jìn)行鋸切(僅選擇21根原木,主要受時(shí)間與經(jīng)費(fèi)所限),以驗(yàn)證本文所提方法的可行性和有效性。將樣本原木按照最大得材率和產(chǎn)值方案鋸切成29 mm厚度的板材,并依據(jù)美國闊葉材板材協(xié)會(huì)(National Hardwood Lumber Association,NHLA)分等規(guī)則(NHLA 2015)[28]依次對這些板材進(jìn)行分等。板材等級依次為高等級、普一級、普二級、普三級和等外級。板材總體積、各等級板材體積和等級率均列于表2。表2 北美鵝掌楸原木鋸切結(jié)果Tab.2 Sawing results of yellow-poplar logs 原木編號 板材體積/m3 板材等級率/% 總體積 高等級 普一級 普二級 普三級 等外級 高等級 普一級 普二級 普三級 等外級 1123 0.250 0.040 0.068 0.099 0.042 0 16.0 27.4 39.6 17.0 0 1126 0.373 0.326 0.019 0.017 0 0.012 87.3 5.1 4.4 0 3.2 1128 0.517 0.441 0.045 0 0.012 0.019 85.4 8.7 0 2.3 3.7 1129 0.467 0.139 0.286 0.014 0.014 0.014 29.8 61.1 3.0 3.0 3.0 1131 0.156 0.071 0.038 0.047 0 0 45.5 24.2 30.3 0 0 1133 0.371 0.076 0.132 0.097 0.066 0 20.4 35.7 26.1 17.8 0 1134 0.274 0.054 0.165 0.054 0 0 19.8 60.3 19.8 0 0 1136 0.085 0 0.017 0.028 0.040 0 0 19.4 33.3 47.2 0 1137 0.323 0.304 0.019 0 0 0 94.2 5.8 0 0 0 1138 0.205 0.144 0.061 0 0 0 70.1 29.9 0 0 0 1140 0.085 0 0.028 0.028 0.028 0 0 33.3 33.3 33.3 0 1141 0.090 0 0.024 0.066 0 0 0 26.3 73.7 0 0 1147 0.142 0.090 0.014 0.009 0 0.028 63.3 10.0 6.7 0 20.0 1153 0.378 0.208 0.135 0.012 0.024 0 55.0 35.6 3.1 6.3 0 1154 0.297 0.179 0.076 0.042 0 0 60.3 25.4 14.3 0 0 1155 0.264 0.054 0.085 0.109 0.017 0 20.5 32.1 41.1 6.3 0 1161 0.234 0.012 0.111 0.111 0 0 5.1 47.5 47.5 0 0 1166 0.685 0.453 0.137 0.094 0 0 66.2 20.0 13.8 0 0 1167 0.236 0.045 0.047 0.076 0.068 0 19.0 20.0 32.0 29.0 0 1169 0.231 0.128 0.035 0.068 0 0 55.1 15.3 29.6 0 0 1170 0.201 0.076 0.092 0.021 0 0.012 37.6 45.9 10.6 0 5.9
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于AR模型的齒輪故障診斷[J]. 曹展,王細(xì)洋. 失效分析與預(yù)防. 2016(05)
[2]基于EMD的譜峭度方法在滾動(dòng)軸承故障檢測中的應(yīng)用[J]. 戴豪民,許愛強(qiáng),李文峰,孫偉超. 計(jì)算機(jī)測量與控制. 2015(03)
[3]含水率和密度對木材應(yīng)力波傳播速度的影響[J]. 劉昊,高建民. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(06)
[4]一種基于譜峭度的異步電機(jī)故障診斷方法[J]. 趙妍,李志民,李天云. 電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2014(05)
[5]空洞對木材中應(yīng)力波傳播路徑的影響[J]. 徐華東,王立海. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)
[6]基于譜峭度的滾動(dòng)軸承故障包絡(luò)階比跟蹤分析[J]. 劉亭偉,郭瑜,李斌,高艷. 振動(dòng)與沖擊. 2012(17)
[7]基于譜峭度和AR模型的滾動(dòng)軸承故障診斷[J]. 從飛云,陳進(jìn),董廣明. 振動(dòng).測試與診斷. 2012(04)
[8]基于EMD與譜峭度的滾動(dòng)軸承故障檢測改進(jìn)包絡(luò)譜分析[J]. 蔡艷平,李艾華,石林鎖,白向峰,沈金偉. 振動(dòng)與沖擊. 2011(02)
[9]應(yīng)力波技術(shù)在古建筑木構(gòu)件腐朽探測中的應(yīng)用[J]. 段新芳,王平,周冠武,高超英. 木材工業(yè). 2007(02)
[10]基于EMD和AR模型的滾動(dòng)軸承故障診斷方法[J]. 于德介,程軍圣,楊宇. 振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2004(03)
本文編號：3623169
【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(24)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
AR-SK過程
為獲取原木基本物理參數(shù),首先沿原木長度方向?qū)ζ溥M(jìn)行高分辨率三維激光掃描。掃描步進(jìn)為1.59 mm,依據(jù)原木周長差異,每周像素點(diǎn)數(shù)為250～450點(diǎn),平均分辨率為3pixel/cm。原木掃描試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2所示。然后用量程2 000 kg,精度為0.5 kg的吊秤(LHS4000a, ADAM Equipment,Inc.,Oxford,CT)對每根原木的質(zhì)量進(jìn)行測量。最后由原木總質(zhì)量和三維激光掃描得到的精確體積計(jì)算原木密度。上述參數(shù)均列于表1。表1 北美鵝掌楸原木尺寸和物理參數(shù)Tab.1 Dimensional and physical measures of the yellow-poplar logs 原木編號 長度/m 直徑/cm 質(zhì)量/kg 密度/(kg·m-3) 體積/m3 原木編號 長度/m 直徑/cm 質(zhì)量/kg 密度/(kg·m-3) 體積/m3 大端 小端 均值 大端 小端 均值 1123 3.47 46.7 43.1 47.3 419.0 685.4 0.611 1141 4.08 35.8 35.8 35.8 311.4 759.8 0.410 1126 3.99 51.2 51.2 49.5 537.1 672.5 0.798 1147 3.81 36.2 34.5 35.7 286.9 735.4 0.390 1128 3.99 59.2 52.0 53.9 827.6 885.7 0.934 1153 3.60 53.4 51.6 54.0 675.1 785.9 0.858 1129 4.63 50.9 50.9 52.8 821.7 783.5 1.048 1154 2.90 52.9 52.9 52.1 643.8 1000.5 0.643 1131 5.00 38.1 35.1 36.4 388.2 729.5 0.532 1155 3.47 51.1 46.1 48.2 522.6 800.3 0.652 1133 4.48 48.4 47.1 47.6 498.0 610.9 0.814 1161 5.03 43.4 38.4 40.5 548.4 827.0 0.662 1134 5.12 42.7 39.1 40.7 420.4 614.5 0.684 1166 5.18 59.9 58.5 57.9 1202.6 831.0 1.446 1136 4.27 32.4 32.4 32.6 167.1 497.1 0.336 1167 3.47 46.4 42.7 44.8 459.4 827.4 0.555 1137 4.11 48.4 43.1 45.2 548.9 828.8 0.662 1169 4.91 44.1 37.5 39.2 474.9 780.3 0.608 1138 3.38 42.6 41.1 41.7 363.7 767.6 0.473 1170 4.42 37.1 37.1 36.8 360.0 740.5 0.486 1140 3.38 37.9 37.9 37.9 291.0 760.1 0.383
聲學(xué)試驗(yàn)完成后,根據(jù)視覺評估結(jié)果和原木基本測試參量,從52根樣本原木中挑選出能代表此批次原木總體質(zhì)量的21根原木進(jìn)行鋸切(僅選擇21根原木,主要受時(shí)間與經(jīng)費(fèi)所限),以驗(yàn)證本文所提方法的可行性和有效性。將樣本原木按照最大得材率和產(chǎn)值方案鋸切成29 mm厚度的板材,并依據(jù)美國闊葉材板材協(xié)會(huì)(National Hardwood Lumber Association,NHLA)分等規(guī)則(NHLA 2015)[28]依次對這些板材進(jìn)行分等。板材等級依次為高等級、普一級、普二級、普三級和等外級。板材總體積、各等級板材體積和等級率均列于表2。表2 北美鵝掌楸原木鋸切結(jié)果Tab.2 Sawing results of yellow-poplar logs 原木編號 板材體積/m3 板材等級率/% 總體積 高等級 普一級 普二級 普三級 等外級 高等級 普一級 普二級 普三級 等外級 1123 0.250 0.040 0.068 0.099 0.042 0 16.0 27.4 39.6 17.0 0 1126 0.373 0.326 0.019 0.017 0 0.012 87.3 5.1 4.4 0 3.2 1128 0.517 0.441 0.045 0 0.012 0.019 85.4 8.7 0 2.3 3.7 1129 0.467 0.139 0.286 0.014 0.014 0.014 29.8 61.1 3.0 3.0 3.0 1131 0.156 0.071 0.038 0.047 0 0 45.5 24.2 30.3 0 0 1133 0.371 0.076 0.132 0.097 0.066 0 20.4 35.7 26.1 17.8 0 1134 0.274 0.054 0.165 0.054 0 0 19.8 60.3 19.8 0 0 1136 0.085 0 0.017 0.028 0.040 0 0 19.4 33.3 47.2 0 1137 0.323 0.304 0.019 0 0 0 94.2 5.8 0 0 0 1138 0.205 0.144 0.061 0 0 0 70.1 29.9 0 0 0 1140 0.085 0 0.028 0.028 0.028 0 0 33.3 33.3 33.3 0 1141 0.090 0 0.024 0.066 0 0 0 26.3 73.7 0 0 1147 0.142 0.090 0.014 0.009 0 0.028 63.3 10.0 6.7 0 20.0 1153 0.378 0.208 0.135 0.012 0.024 0 55.0 35.6 3.1 6.3 0 1154 0.297 0.179 0.076 0.042 0 0 60.3 25.4 14.3 0 0 1155 0.264 0.054 0.085 0.109 0.017 0 20.5 32.1 41.1 6.3 0 1161 0.234 0.012 0.111 0.111 0 0 5.1 47.5 47.5 0 0 1166 0.685 0.453 0.137 0.094 0 0 66.2 20.0 13.8 0 0 1167 0.236 0.045 0.047 0.076 0.068 0 19.0 20.0 32.0 29.0 0 1169 0.231 0.128 0.035 0.068 0 0 55.1 15.3 29.6 0 0 1170 0.201 0.076 0.092 0.021 0 0.012 37.6 45.9 10.6 0 5.9
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于AR模型的齒輪故障診斷[J]. 曹展,王細(xì)洋. 失效分析與預(yù)防. 2016(05)
[2]基于EMD的譜峭度方法在滾動(dòng)軸承故障檢測中的應(yīng)用[J]. 戴豪民,許愛強(qiáng),李文峰,孫偉超. 計(jì)算機(jī)測量與控制. 2015(03)
[3]含水率和密度對木材應(yīng)力波傳播速度的影響[J]. 劉昊,高建民. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(06)
[4]一種基于譜峭度的異步電機(jī)故障診斷方法[J]. 趙妍,李志民,李天云. 電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2014(05)
[5]空洞對木材中應(yīng)力波傳播路徑的影響[J]. 徐華東,王立海. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)
[6]基于譜峭度的滾動(dòng)軸承故障包絡(luò)階比跟蹤分析[J]. 劉亭偉,郭瑜,李斌,高艷. 振動(dòng)與沖擊. 2012(17)
[7]基于譜峭度和AR模型的滾動(dòng)軸承故障診斷[J]. 從飛云,陳進(jìn),董廣明. 振動(dòng).測試與診斷. 2012(04)
[8]基于EMD與譜峭度的滾動(dòng)軸承故障檢測改進(jìn)包絡(luò)譜分析[J]. 蔡艷平,李艾華,石林鎖,白向峰,沈金偉. 振動(dòng)與沖擊. 2011(02)
[9]應(yīng)力波技術(shù)在古建筑木構(gòu)件腐朽探測中的應(yīng)用[J]. 段新芳,王平,周冠武,高超英. 木材工業(yè). 2007(02)
[10]基于EMD和AR模型的滾動(dòng)軸承故障診斷方法[J]. 于德介,程軍圣,楊宇. 振動(dòng)工程學(xué)報(bào). 2004(03)
本文編號：3623169
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