一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法，结合EMD对非平稳非线性信号的自适应分解能力与小波多尺度多分辨降噪能力，对粗晶材料检测的低信噪比信号进行去噪处理，充分改善检测信号信噪比，实现对粗晶材料的有效检测。本发明专利技术的优点是：充分结合两者在检测信号处理中的优势，能够对低信噪比的检测信号进行合理去噪，能更有效的区分信号和噪声，选取更合适的阈值去除噪声，大幅提高信噪比，最终达到对粗晶材料进行有效检测的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法，结合EMD对非平稳非线性信号的自适应分解能力与小波多尺度多分辨降噪能力，对粗晶材料检测的低信噪比信号进行去噪处理，充分改善检测信号信噪比，实现对粗晶材料的有效检测。本专利技术的优点是：充分结合两者在检测信号处理中的优势，能够对低信噪比的检测信号进行合理去噪，能更有效的区分信号和噪声，选取更合适的阈值去除噪声，大幅提高信噪比，最终达到对粗晶材料进行有效检测的目的。【专利说明】一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法
本专利技术适应于低信噪比检测信号的缺陷定位，具体涉及一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法。
技术介绍
粗晶材料具有抗腐蚀、抗高温蠕变能力强等优点，近些年来，在现代工业中应用越来越广泛，如在化工反应容器和管道、液气存储和运输、核电等工业部门中都有着广泛的用途。但是在对其进行超声检测时，结构噪声严重降低了检测信号的信噪比，缺陷反射常常被噪声淹没而难以识别。因此，无论在生产过程中，还是在日常维护中，对这类材料进行无损检测是必不可少的。无损检测是在现代科学技术基础上产生和发展的检测技术，它借助先进的技术和仪器设备，在不损坏、不改变被检测对象理化状态的情况下，对被检测对象的内部和表面的结构、性质、状态进行高灵敏度何高可靠性的检查和测试，借以评判它们的连续性、完整性、安全性一起其他性能指标。无损检测作为一种有效的检测手段，已在我国广泛应用于经济建设的各个领域，例如特种设备的制造检测和在用检验，以及机械、冶金、石油天然气、化工、航空航天、船舶铁路、电力、建筑等行业。尤其在保证承压类特种设备产品质量和使用安全方面，无损检测技术显得尤为重要。超声检测技术具有检测深度大、灵敏度高、穿透力强、定位准确、成本低廉、速度快、对人体无害及便于现场使用等特点，因此，与其他无损检测手段相比较，超声检测技术应用最广泛。在对粗晶材料进行超声检测时，无规则的大晶粒界面将对超声波产生强烈散射，造成严重的结构噪声和超声能量衰减，再加上发射接收探头之间的声电串混和测试系统的各种随机噪声，致使超声检测灵敏度和缺陷检出率严重下降。如何对强噪声信号进行噪声抑制，提高信噪比和缺陷检出率是这项研究工作的重点。1998年N.E.Huang等人提出了经验模态分解方法(EMD)，适用于分析非平稳非线性的时变过程，其与小波分析的区别在于它是后验的，不需要事先选定基函数，而是根据信号本身的特性自适应地产生合适的模态函数，这些模态函数能很好的反映信号在任何时间局部的频率特性。由于它可以将复杂信号分解成一系列频率由高到低的本征模态函数(IMF)，因此可以将其看作是信号极值特征尺度为度量的时空滤波过程，并可利用这个性质对信号进行滤波分析与去噪处理。但是利用EMD完成滤波去噪只是简单地用原信号减去分解后的若干个MF分量，导致相应分量上的有用信息与噪声一起滤除，从而造成信号失真。小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域，小波变换联系了应用数学、物理学、计算机科学、信号与信息处理、图像处理、地震勘探等多个学科。近年来小波分析在信号处理领域得到了广泛应用，1995年Donoho和Johnstone提出小波阈值去噪方法。虽然该方法应用在很多地方，并取得了较好的去噪效果，但其自身仍然存在不可避免的缺点，特别是阈值选取上，要依据信号分解后的小波系数衡量，取值过小会造成信号部分特征信息与噪声一同被滤除，信号失真严重；而取值过大使得去噪效果不明显，信噪比不能得到有效改善。结合两种去噪方法的特点，将EMD与小波分析融合到一起进行信号处理，先利用EMD分解低信噪比检测信号，将信号相邻峰值点间的时延定义为时间尺度，并让信号筛分分解为不同尺度的若干MF分量，逐层获取信号的信息；再运用小波分析对分解出的各MF分量进行逐个分析去噪，保存信号中尖峰和突变部分，在更窄的频带中有效信号的小波系数更加突出，能更有效的区分信号和噪声，选取更合适的阈值去除噪声，从而提高信噪比。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了增强检测信号信噪比，提高粗晶材料超声检测的可靠性，提供一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法，充分结合两者在检测信号处理中的优势，能够对低信噪比的检测信号进行合理去噪，在去除噪声的同时最大程度的保留信号特征信息，最终达到对粗晶材料进行有效检测的目的。本专利技术是这样来实现的，技术方案为:结合EMD对非平稳非线性信号的自适应分解能力与小波多尺度多分辨降噪能力，对粗晶材料检测的低信噪比信号进行去噪处理，充分改善检测信号信噪比，实现对粗晶材料的有效检测；特征在于具体方法为:在已知缺陷的粗晶材料中获得超声检测信号，由于粗晶材料晶粒大，超声信号散射和衰减严重，导致信噪比低；首先将检测信号进行EMD处理，利用EMD的自适应分解能力，按频率由高到低分解出一系列窄频带的本征模态函数(IMF)分量，每个分量中都含有原信号的特征信息；然后利用小波阈值去噪方法对各IMF分量进行去噪，由于IMF分量频带窄，小波只需要在小频带范围内进行小波分解，所以有用信号的小波系数更加突出，去噪效果更佳，获得的重构信号可以获得最优估计；最后将小波去噪后的各MF进行信号重建，就可以在达到去除噪声的基础上尽可能的保留检测信号的有用特征信息的目的。本专利技术的优点是:充分结合两者在检测信号处理中的优势，能够对低信噪比的检测信号进行合理去噪，能更有效的区分信号和噪声，选取更合适的阈值去除噪声，大幅提高信噪比，最终达到对粗晶材料进行有效检测的目的。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术仿真测试信号加载前后波形图。图2为本专利技术三种方法处理结果与原信号全局波形的比较图。图3为本专利技术粗晶材料测试信号图。图4为本专利技术EMD联合小波去噪结果与测试信号比较图。在图1中，上部分图为无噪声检测信号，下部分图为加入噪声后检测信号，图1中由左到右为始波、缺陷波与底波。【具体实施方式】以下结合【专利附图】【附图说明】对本专利技术的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。—种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法,是结合EMD对非平稳非线性信号的自适应分解能力与小波多尺度多分辨降噪能力，对粗晶材料检测的低信噪比信号进行去噪处理，充分改善检测信号信噪比，实现对粗晶材料的有效检测；特征在于具体方法如下:首先仿真设计一个粗晶材料检测信号，由一个无噪声信号加入随机噪声构成，信噪比为5dB，如图1所示，图中由于信噪比低，缺陷波几乎被噪声淹没，无法被分辨出来；然后将检测信号进行EMD分解，可以按频率由高到低的自适应分解获得13个窄频带IMF分量及残差信号(如果按照EMD去噪方法去除前3个噪声严重的MF分量后，全局信噪比为11.13dB ;而直接进行小波阈值去噪后，全局信噪比为12.87dB),由于这些MF分量频带窄，对它们进行小波阈值处理时，噪声与有效信号成分的小波系数差异明显，阈值的选取更方便准确，因此去除各IMF分量中的噪声同时，信号的特征信息能够更完整的保留下来；最后将去噪后的MF分量重构信号，计算全局信噪比为16.58dB，信噪比有较大提高。如图2所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法，技术方案为：结合EMD对非平稳非线性信号的自适应分解能力与小波多尺度多分辨降噪能力，对粗晶材料检测的低信噪比信号进行去噪处理，充分改善检测信号信噪比，实现对粗晶材料的有效检测；其特征在于具体方法为：（1）将检测信号进行EMD处理，利用EMD的自适应分解能力，按频率由高到低分解出一系列窄频带的本征模态函数（IMF）分量，每个分量中都含有原信号的特征信息；（2）然后利用小波阈值去噪方法对各IMF分量进行去噪，由于IMF分量频带窄，小波只需要在小频带范围内进行小波分解；（3）将小波去噪后的各IMF进行信号重建，就可以在达到去除噪声的基础上尽可能的保留检测信号的有用特征信息的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施倩，李秋锋，周瑞琪，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36