|
DOI: 10.14489/td.2023.01.pp.034-044
Бурда Е. А., Богомолов Д. Е., Науменко А. П.
ЭНТРОПИЙНЫЙ ПОДХОД ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
(c. 34-44)
Аннотация. Описывается фильтрация на основе энтропийного подхода для улучшения оценки ToA-сигнала в шумной среде по сравнению с обычно используемым информационным критерием Акаике (AIC). Предлагаемый метод заключается в огрублении входных данных с помощью алгоритма Крутчфилда–Паккарда и вычислении локальной (мгновенной) энтропии. В настоящем исследовании продемонстрировано, что локальная энтропия шумовой составляющей сигнала и локальная энтропия полезной (информативной) части могут быть различимы. В результате подход позволяет бороться с шумовой составляющей путем выбора соответствующих параметров фильтрации. Предложенный подход был проверен на экспериментальных данных, полученных на алюминиевой пластине, используемой для точного определения источника акустической эмиссии (АЭ). Энтропийный подход демонстрирует более высокую точность в окончательной локации источников АЭ при значительных уровнях шума по сравнению с классическим AIC.
Ключевые слова: акустическая эмиссия, определение времени прибытия импульса, энтропийная фильтрация, обработка сигналов.
Burda E. A., Bogomolov D. E., Naumenko A. P.
ENTROPY APPROACH FOR FILTERING ACOUSTIC EMISSION SIGNALS
(pp. 34-44)
Abstract. The acoustic emission (AE) method has been successfully used in recent years to monitor the condition of industrial and civil infrastructure structures. In AE, time-of-arrival (ToA) estimation is considered a key parameter for the accurate location of a growing defect. This paper describes an entropy-based filtering approach to improve the ToA estimation of a signal in a noisy environment compared to the commonly used Akaike Information Criterion (AIC). The proposed method consists of coarsening the input data using the Crutchfield-Packard algorithm and calculating the local (instantaneous) entropy. In the present study, it is demonstrated that the local entropy of the noise component of the signal the local entropy of the useful (informative) part can be distinguished. As a result, the approach allows filtering out the noise component by selecting appropriate filtering parameters. The proposed approach has been tested on experimental data obtained on an aluminium plate used to pinpoint an AE source. The entropic approach demonstrates higher accuracy in final target location of AE sources at significant noise levels compared to classical AIC.
Keywords: acoustic emission, time of arrival detection, entropy filter, signal processing.
Е. А. Бурда (ФГАОУ «Омский государственный технический университет», Омск, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Д. Е. Богомолов (Исследовательский центр электронных систем для информационных и коммуникационных технологий, Болонский университет, Болонья, Италия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. П. Науменко (ФГАОУ «Омский государственный технический университет», Омск, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
E. A. Burda (Federal State Educational Institution of Higher Education “Omsk State Technical University”, Omsk, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
D. E. Bogomolov (Research Centre on Electronic Systems for Information and Communication Technologies, University of Bologna, Bologna, Italy) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. P. Naumenko (Federal State Educational Institution of Higher Education “Omsk State Technical University”, Omsk, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Герике П. Б., Герике Б. Л. Формирование единого диагностического критерия для оценки технического состояния горного оборудования // Горное оборудование и электромеханика. 2021. № 2(154). С. 17 – 22. DOI: 10.26730/1816-4528-2021-2-17-22
2. Соколова А. Г., Балицкий Ф. Я., Марков В. В. и др. Использование полных спектров и других двумерных виброхарактеристик в диагностике компрессорного оборудования // Контроль. Диагностика. 2016. № 8. С. 4 – 14.
3. Костюков В. Н., Науменко А. П., Кудрявцева И. С. Оценка модуля характеристической функции виброакустического сигнала при заданном параметре для предельных состояний объекта // Динамика систем, механизмов и машин. 2017. Т. 5, № 4. С. 239 – 244.
4. ГОСТ Р 55045–2012. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Термины, определения и обозначения: нац. стандарт Российской Федерации: утв. и введ. в действие Приказом Федер. агентства по техн. регулированию и метрологии от 8 нояб. 2012 г. № 700-ст: дата введ. 2014-01-01 / разраб. АНО «НИЦ КД») ЗАО «Науч.-техн. центр «Промышленная безопасность» и др. М.: Стандартинформ, 2019.
5. Иванов В. И., Барат В. А. Акустико-эмиссионная диагностика. М.: Спектр, 2017. 362 с.
6. ГОСТ Р ИСО 12716–2009. Контроль неразрушающий. Акустическая эмиссия. Словарь: нац. стандарт Российской Федерации: утв. и введ. в действие Приказом Федер. агентства по техн. регулированию и метрологии от 15 дек. 2009 г. № 1107-ст: дата введ. 2011-01-01 / подгот. ФГУП «Всерос. науч.-исслед. ин-т оптико-физических измерений». М.: Стандартинформ, 2019.
7. Gholizadeh S., Leman Z., Baharudin B. T. H. T. A Review of the Application of aCoustic Emission Technique in Engineering // Structural Engineering and Mechanics. 2015. V. 54, No. 6. P. 1075 – 1095.
8. Norrdine A. An Algebraic Solution to the Multilateration Problem // International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Sydney. 2012. V. 13. P. 15. DOI: 10.13140/RG.2.1.1681.3602
9. Степанова Л. Н., Канифадин К. В., Рамазанов И. С., Кабанов С. И. Разработка метода кластеризации по параметрам сигналов акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2010. № 2. С. 78 – 89.
10. Barat V., Borodin Y., Kuzmin A. Intelligent AE Sinal Filtering Methods // EWGAE. Vienna, 8th to 10th September 2010. Vienna, 2010.
11. Науменко А. П., Язовский А. В. Эмпирические характеристики акустико-эмиссионных сигналов // Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ-2018). Тольятти, 28 мая – 1 июня 2018 г.: сб. материалов / отв. ред. Д. Л. Мерсон, А. Ю. Виноградов. Тольятти, 2018. С. 144–145.
12. Науменко А. П., Кудрявцева И. С., Одинец А. И., Язовский А. В. Мониторинг безопасности объектов на основе вероятностно-статистической оценки параметров акустико-эмиссионного состояния // Всерос. конф. с междунар. участием «Актуальные проблемы метода акустической эмиссии» (АПМАЭ-2021), Санкт-Петербург, 13 – 16 апреля 2021 г.: сб. материалов. СПб.: Свен, 2021. С. 7–8.
13. Zhou Z., Cheng R., Rui Y., et al. An Improved Automatic Picking Method for Arrival Time of Acoustic Emission Signals // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 75568 – 75576.
14. Martin N., England J., Baker G. Mathematical Theory of Entropy. Encyclopedia of Mathematics and Its Applications. V. 12. Cambridge: Cambridge University Press, 2013.
15. Shannon C. A Mathematical Theory of Communication // Bell System Technical Journal. 1948. V. 27. P. 379 – 423.
16. Прангишвили И. В. Энтропийные и другие системные закономерности: Вопросы управления сложными системами / Ин-т проблем управления им. В. А. Трапезникова. М.: Наука, 2003. 428 с.
17. Чумак О. В. Энтропия и фракталы в анализе данных. М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2011. 164 с.
18. Цветков О. В. Энтропийный анализ данных в физике, биологии и технике. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 202 с.
19. Burda E. A., Naumenko A. P., Odinets A. I. Entropy approach in the analysis of vibration and partial discharge signals // MSTU 2021, IOP Publishing, Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 1901, No. 1. P. 012002.
20. Бурда Е. А., Науменко А. П. Исследование статистических параметров энтропии вибросигналов // Динамика систем, механизмов и машин. 2021. Т. 9, № 3. С. 51 – 56. DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-51-56
21. Testoni N., De Marchi L., Marzani A. A Stamp size, 40 mA, 5 Grams Sensor Node for Impact Detection and location // 8th European Workshop on Structural Health Monitoring, July 5 – 8 2016, Bilbao, Spain (EWSHM 2016). Bilbao, 2016.
22. Bogomolov D., Testoni N., De Marchi L. et al. Aboveground Storage Tanks Leak Detection Through Acoustic Emission Sensor Nodes // 48th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Quantitative Nondestructive Evaluation, July 2021. DOI: 10.1115/QNDE2021-75182
23. St-Onge A. Akaike Information Criterion Applied to Detecting First Arrival Times on Microseismic Data // SEG Technical Program Expanded Abstracts 2011, Society of Exploration Geophysicists, 2011. Р. 1658 – 1662.
24. Jiang Y., Xu F. Research on Source Location From Acoustic Emission Tomography // 30th European Conference on Acoustic Emission Testing & 7th International Conference on Acoustic Emission, Granada, Spain, 2012.
25. Барат В. А., Чернов Д. В., Елизаров С. В. Применение методов обнаружения разладки потока данных для повышения помехоустойчивости метода акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2016. № 6. С. 60 – 70.
1. Gerike P. B., Gerike B. L. (2021). Formation of a single diagnostic criterion for assessing the technical condition of mining equipment. Gornoe oborudovanie i elektro-mekhanika, 154(2), pp. 17 – 22. [in Russian language] DOI: 10.26730/1816-4528-2021-2-17-22
2. Sokolova A. G., Balitskiy F. Ya., Markov V. V. et al. (2016). Use of full spectra and other two-dimensional vibration features for diagnostics of compressor unit faults. Kontrol'. Diagnostika, (8), pp. 4 – 14. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2016.08.pp.004-014
3. Kostyukov V. N., Naumenko A. P., Kudryavtseva I. S. (2017). Estimation of the modulus of the characteristic function of a vibroacoustic signal for a given parameter for the limit states of an object. Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin, Vol. 5, (4), pp. 239–244. [in Russian language]
4. Technical diagnostics. Acoustic emission diagnostics. Terms, definitions and designations. (2019). Ru Standard No. GOST R 55045–2012. Moscow: Standartinform. [in Russian language]
5. Ivanov V. I., Barat V. A. (2017). Acoustic emission diagnostics. Moscow: Spektr. [in Russian language]
6. The control is non-destructive. acoustic emission. Dictionary. (2019). National Standard No. GOST R ISO 12716–2009. Moscow: Standartinform. [in Russian language]
7. Gholizadeh S., Leman Z., Baharudin B. T. H. T. (2015). A Review of the Application of Acoustic Emission Technique in Engineering. Structural Engineering and Mechanics, Vol. 54, (6), pp. 1075 – 1095.
8. Norrdine A. (2012). An Algebraic Solution to the Multilateration Problem. International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Vol. 13. Sydney. DOI: 10.13140/RG.2.1.1681.3602
9. Stepanova L. N., Kanifadin K. V., Ramazanov I. S., Kabanov S. I. (2010). Development of a clustering method based on the parameters of acoustic emission signals. Defektoskopiya, (2), pp. 78 – 89. [in Russian language]
10. Barat V., Borodin Y., Kuzmin A. (2010). Intelligent AE Sinal Filtering Methods. EWGAE. Vienna.
11. Merson D. L., Vinogradov A. Yu. (Eds.), Naumenko A. P., Yazovskiy A. V. (2018). Empirical characteristics of acoustic emission signals. Actual problems of the acoustic emission method (APMAE-2018), pp. 144 – 145. Tol'yatti. [in Russian language]
12. Naumenko A. P., Kudryavtseva I. S., Odinets A. I., Yazovskiy A. V. (2021). Monitoring the safety of objects based on a probabilistic-statistical assessment of the parameters of the acoustic-emission state. All-Russian conference with international participation "Actual problems of the acoustic emission method" (APMAE-2021), pp. 7 – 8. Saint Petersburg: Sven. [in Russian language]
13. Zhou Z., Cheng R., Rui Y., et al. (2019). An Improved Automatic Picking Method for Arrival Time of Acoustic Emission Signals. IEEE Access, Vol. 7, pp. 75568 – 75576.
14. Martin N., England J., Baker G. (2013). Mathematical Theory of Entropy. Encyclopedia of Mathematics and Its Applications, Vol. 12. Cambridge: Cambridge University Press, 2013.
15. Shannon C. (1948). A Mathematical Theory of Communication. Bell System Technical Journal, Vol. 27, pp. 379 – 423.
16. Prangishvili I. V. (2003). Entropy and other system regularities: Issues of control of complex systems. Institut problem upravleniya im. V. A. Trapeznikova. Moscow: Nauka. [in Russian language]
17. Chumak O. V. (2011). Entropy and fractals in data analysis. Moscow– Izhevsk: NITs «Regulyarnaya i haoticheskaya dinamika». [in Russian language]
18. Tsvetkov O. V. (2015). Entropy data analysis in physics, biology and technology. Saint Petersburg: Izdatel'stvo SPbGETU «LETI». [in Russian language]
19. Burda E. A., Naumenko A. P., Odinets A. I. (2021). Entropy approach in the analysis of vibration and partial discharge signals. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1901, (1). IOP Publishing.
20. Burda E. A., Naumenko A. P. (2021). Investigation of the statistical parameters of the entropy of vibration signals. Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin, Vol. 9, (3), pp. 51 – 56. [in Russian language] DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-51-56
21. Testoni N., De Marchi L., Marzani A. (2016). A Stamp size, 40 mA, 5 Grams Sensor Node for Impact Detection and location. 8th European Workshop on Structural Health Monitoring. Bilbao.
22. Bogomolov D., Testoni N., De Marchi L. et al. (2021). Aboveground Storage Tanks Leak Detection Through Acoustic Emission Sensor Nodes. 48th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Quantitative Nondestructive Evaluation. DOI: 10.1115/QNDE2021-75182
23. St-Onge A. (2011). Akaike Information Criterion Applied to Detecting First Arrival Times on Microseismic Data. SEG Technical Program Expanded Abstracts, pp. 1658 – 1662. Society of Exploration Geophysicists.
24. Jiang Y., Xu F. (2012). Research on Source Location from Acoustic Emission Tomography. 30th European Conference on Acoustic Emission Testing & 7th International Conference on Acoustic Emission. Granada.
25. Barat V. A., Chernov D. V., Elizarov S. V. (2016). Application of Data Flow Disorder Detection Methods to Improve the Noise Immunity of the Acoustic Emission Method. Defektoskopiya, (6), pp. 60 – 70. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2023.01.pp.034-044
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
110.14489/td.2023.01.pp.034-044
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»