專利名稱：復(fù)小波變換法提取陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波信息的制作方法
復(fù)小波變換法提取陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波信息技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)小波變換法提取陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波信息技術(shù)。二、背景技術(shù)
通過有效的信號(hào)處理手段，對(duì)多模式超聲導(dǎo)波信號(hào)中的模式數(shù)量、種類以及能反映缺陷信息的特征量進(jìn)行提取，并以此作為定量評(píng)價(jià)缺陷信息的依據(jù)，是超聲導(dǎo)波檢測中的關(guān)鍵技術(shù)。信號(hào)處理方法是缺陷量化的基礎(chǔ)，直接決定了檢測精度。超聲導(dǎo)波具有頻散特性，是典型的非平穩(wěn)信號(hào)，單獨(dú)使用時(shí)域分析和頻域分析都不能充分描述非平穩(wěn)信號(hào)的特性，因此，需要使用時(shí)頻分析方法對(duì)導(dǎo)波信號(hào)的時(shí)頻域聯(lián)合特性進(jìn)行分析。通過對(duì)多模式導(dǎo)波信號(hào)的分析來提取缺陷信息屬于對(duì)導(dǎo)波波動(dòng)反演的范疇，其實(shí)質(zhì)是通過含信息信號(hào)反推實(shí)際情況，適用于復(fù)合材料中超聲導(dǎo)波傳播機(jī)理尚未被完全揭示的情況。
對(duì)特定類型缺陷，不同模式的導(dǎo)波具有不同的敏感性，因此，在利用導(dǎo)波進(jìn)行缺陷檢測時(shí)選擇合適的模式對(duì)于提高檢測精度是十分重要的。而導(dǎo)波的主要特點(diǎn)就在于它的多模式和頻散特性，導(dǎo)波在傳播過程中與缺陷和試件邊界作用時(shí)會(huì)發(fā)生模式轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，信號(hào)中模式的數(shù)量和種類包含了缺陷信息，因此，進(jìn)行準(zhǔn)確的超聲導(dǎo)波信息提取是超聲導(dǎo)波無損檢測的基礎(chǔ)。
小波分析方法是一種時(shí)頻窗口大小固定但其形狀可變化，時(shí)間窗和頻率窗都可改變的時(shí)頻域局域化分析方法，即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率， 在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率，所以被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡。正是因?yàn)榱己玫臅r(shí)頻局部化特性和多尺度分析的功能，小波變換具有分析非平穩(wěn)信號(hào)的自適應(yīng)能力。復(fù)Gaussian小波能從幅值與相位兩個(gè)角度提取被分析信號(hào)的信息。對(duì)信號(hào)采用復(fù)小波基函數(shù)進(jìn)行復(fù)小波變換后，其相位包含了信號(hào)在給定復(fù)小波基函數(shù)下展開后的信息，為信號(hào)的分析與特征提取提供了更豐富的信息。三、發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出復(fù)小波變換法提取陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波信息。
本發(fā)明的原理是根據(jù)陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中脫粘缺對(duì)應(yīng)得單模式超聲導(dǎo)波傳特征參數(shù)提取方法，將多模式超聲導(dǎo)波信號(hào)中提取出的單SO模式信號(hào)，采用復(fù) Gaussian小波變換后，提取其包絡(luò)和相位包信息，為導(dǎo)波信號(hào)分析與脫粘缺陷的特征參數(shù)提取提供了技術(shù)手段。
其特征在于采用復(fù)Gaussian小波變換對(duì)超聲導(dǎo)波信號(hào)的包絡(luò)和相位進(jìn)行提取， 為表征復(fù)合板缺陷的量化導(dǎo)波特征參數(shù)的提取以及超聲導(dǎo)波層析成像提供了量化基準(zhǔn)和成像技術(shù)關(guān)鍵灰度值參數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于目前最常用的信號(hào)包絡(luò)提取方法是以傅立葉變換為基礎(chǔ)的 Hilbert變換，Hilbert變換不具有時(shí)頻局部化特性，而且抑制噪聲的能力較弱。在對(duì)含有噪聲的導(dǎo)波信號(hào)采用Hilbert變換提取包絡(luò)時(shí)，得出的包絡(luò)形狀有較大的波動(dòng)，不易得到能反映導(dǎo)波信號(hào)幅度變化趨勢的平滑包絡(luò)。在對(duì)含有噪聲的導(dǎo)波信號(hào)采用Hilbert變換提取包絡(luò)時(shí)，得出的包絡(luò)形狀有較大的波動(dòng)，不易得到能反映導(dǎo)波信號(hào)幅度變化趨勢的平滑包絡(luò)。而復(fù)小波變換具有良好的時(shí)頻局部化特性，除具有對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)正交，提取出信號(hào)包絡(luò)的功能外，還有帶通濾波的能力。可將噪聲分解到不同的頻率通道進(jìn)行平滑，從而降低噪聲的影響，提取出較理想的包絡(luò)。復(fù)Gaussian小波能從幅值與相位兩個(gè)角度提取被分析信號(hào)的信息。對(duì)信號(hào)采用復(fù)小波基函數(shù)進(jìn)行復(fù)小波變換后，其相位包含了信號(hào)在給定復(fù)小波基函數(shù)下展開后的信息，為信號(hào)的分析與特征提取提供了更豐富的信息。四

圖I陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中典型超聲導(dǎo)波信號(hào)圖
圖2陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中超聲導(dǎo)波信號(hào)Hilbert變換包絡(luò)
圖3陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中超聲導(dǎo)波信號(hào)包絡(luò)復(fù)Gaussian小波變換包絡(luò)
圖4復(fù)Gaussian小波變換提取超聲導(dǎo)波信號(hào)相位圖五具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明
將任意L2(R)空間中的函數(shù)f(t)在小波基下展開，將這種展開稱為函數(shù)f(t)的連續(xù)小波變換(Continue Wavelet Transform,簡稱為CWT),表達(dá)式為
WTf (a, b) = (/(0, Wo,b (O) = ￡(I)
其中，^ (t)為基本小波函數(shù)，a為尺度或伸縮因子，b為時(shí)間或平移因子。
從小波變換的表達(dá)式可知，小波變換的本質(zhì)是將基本小波函數(shù)W (t)時(shí)域平移b 后，再在不同的尺度a下與待分析信號(hào)f(t)做內(nèi)積。因此，小波變換可以靈活的變化時(shí)間-頻率窗，時(shí)間窗伸展時(shí)，頻寬收縮，帶寬變窄，頻率分辨率增高；而與之相反，時(shí)間分辨率增高時(shí)，頻率分辨率降低，這恰恰符合實(shí)際問題中高頻信號(hào)的持續(xù)時(shí)間短，低頻信號(hào)持續(xù)時(shí)間長的自然規(guī)律。因此，與固定窗函數(shù)的短時(shí)傅立葉變換相比，小波在時(shí)頻分析領(lǐng)域有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
復(fù)Gaussian小波是從復(fù)高斯函數(shù)/(X) =p階導(dǎo)數(shù)派生而來的。其中P是整數(shù)，Cp是使得I I f(p> N2 = O的常數(shù)，f(p)是f 的p階導(dǎo)數(shù)派。
圖I為典型的陶瓷基復(fù)合板中的超聲導(dǎo)波信號(hào)，從圖中可以看出信號(hào)中含有大量的隨機(jī)噪聲，信噪比較低。對(duì)圖I中含噪聲導(dǎo)波信號(hào)分別做Hilbert變換和復(fù)Gaussian小波變換提取包絡(luò)，得到圖2和3所示信號(hào)包絡(luò)。比較Hilbert變換和復(fù)Gaussian小波變換提取的包絡(luò)圖形可以看出，Hilbert變換對(duì)導(dǎo)波信號(hào)中噪聲的抑制能力較弱，使得Hilbert 法得出的包絡(luò)形狀有很大的波動(dòng)；而復(fù)Gaussian小波變換可以較好抑制噪聲，得到比較滿意的包絡(luò)。
對(duì)圖I所示導(dǎo)波信號(hào)做復(fù)Gaussian小波變換后提取相位角，得到導(dǎo)波信號(hào)相位圖如圖4所示
從圖4所示導(dǎo)波信號(hào)相位圖可以看出，導(dǎo)波時(shí)域圖中15 25 ii s和25 40 ii s 內(nèi)兩個(gè)波包的相位角變化規(guī)律差異較大，可以確定為不同的模式，為基于不同模式導(dǎo)波信號(hào)變化規(guī)律的量化檢測提供了更豐富的信息。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種復(fù)小波變換法提取陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波信息技術(shù)。目前最常用的信號(hào)包絡(luò)提取方法是以傅立葉變換為基礎(chǔ)的Hilbert變換， Hilbert變換不具有時(shí)頻局部化特性，而且抑制噪聲的能力較弱。在對(duì)含有噪聲的導(dǎo)波信號(hào)采用Hilbert變換提取包絡(luò)時(shí)，得出的包絡(luò)形狀有較大的波動(dòng)，不易得到能反映導(dǎo)波信號(hào)幅度變化趨勢的平滑包絡(luò)。在對(duì)含有噪聲的導(dǎo)波信號(hào)采用Hilbert變換提取包絡(luò)時(shí)，得出的包絡(luò)形狀有較大的波動(dòng)，不易得到能反映導(dǎo)波信號(hào)幅度變化趨勢的平滑包絡(luò)。而復(fù)小波變換具有良好的時(shí)頻局部化特性，除具有對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)正交，提取出信號(hào)包絡(luò)的功能外，還有帶通濾波的能力?？蓪⒃肼暦纸獾讲煌念l率通道進(jìn)行平滑，從而降低噪聲的影響，提取出較理想的包絡(luò)。復(fù)Gaussian小波能從幅值與相位兩個(gè)角度提取被分析信號(hào)的信息。對(duì)信號(hào)采用復(fù)小波基函數(shù)進(jìn)行復(fù)小波變換后，其相位包含了信號(hào)在給定復(fù)小波基函數(shù)下展開后的信息，為表征復(fù)合板缺陷的量化導(dǎo)波特征參數(shù)的提取以及超聲導(dǎo)波層析成像提供了量化基準(zhǔn)和成像技術(shù)關(guān)鍵灰度值參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波包絡(luò)信息提取方法，其特征在于利用復(fù)小波變換良好的時(shí)頻局部化特性和帶通濾波能力，更好的提取出單模式導(dǎo)波信號(hào)包絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中多模式超聲導(dǎo)波基于相位提取的模式識(shí)別方法，其特征在于對(duì)多模式超聲信號(hào)采用復(fù)Gaussian小波基函數(shù)進(jìn)行復(fù)小波變換后，其相位包含了信號(hào)在給定復(fù)小波基函數(shù)下展開后的信息，不同的導(dǎo)波模式表現(xiàn)為不同的相位分布，可據(jù)此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波模式識(shí)別，為超聲信號(hào)的分析與特征提取提供了更豐富的信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)小波變換法提取陶瓷基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合板中單模式超聲導(dǎo)波信息技術(shù)。目前最常用的Hilbert變換不具有時(shí)頻局部化特性，而且抑制噪聲的能力較弱。而復(fù)小波變換具有良好的時(shí)頻局部化特性，除具有對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)正交，提取出信號(hào)包絡(luò)的功能外，還有帶通濾波的能力。可將噪聲分解到不同的頻率通道進(jìn)行平滑，從而降低噪聲的影響，提取出較理想的包絡(luò)。對(duì)信號(hào)采用復(fù)小波基函數(shù)進(jìn)行復(fù)小波變換后，其相位包含了信號(hào)在給定復(fù)小波基函數(shù)下展開后的信息，為表征復(fù)合板缺陷的量化導(dǎo)波特征參數(shù)的提取以及超聲導(dǎo)波層析成像提供了量化基準(zhǔn)和成像技術(shù)關(guān)鍵灰度值參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N29/44GK102539542SQ20111036033
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者周世圓, 孟凡武, 徐春廣, 潘勤學(xué), 肖定國, 許寒暉, 趙新玉, 郝娟 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)