[发明专利]一种基于EMD联合小波阈值去噪的粗晶材料超声检测方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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IMF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IMF分量，逐层获取信号的信息；再运用小波分析对分解出的各IMF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。

发明内容

本发明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。