[發明專利]基于剪切波特性融合用于焊縫缺陷回波信號特征提取稀疏表示的方法

在審

• 申請號: 202010865180.5
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112149508A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 許楨英;吳夢琪;樊薇;王元霞
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14;G06F30/20;G06K9/62;G06F111/04
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1.一種基于導波特性融合用于焊縫缺陷導波信號檢測的特征提取的稀疏表示方法，其特征在于，包括：

步驟S101、獲得焊縫特征導波缺陷回波信號，即測量信號；

步驟S102、建立特征提取稀疏表示模型；

步驟S103、結合剪切波波數特性和散射特性建立符合測量信號特征的過完備字典；

步驟S104、根據建立的過完備字典，用分裂增廣拉格朗日收縮算法求解基于基追蹤去噪的稀疏表示模型，并確定所述檢測信號的特征稀疏表示系數；

步驟S105、根據特征稀疏表示系數提取波峰到達時間，實現焊縫缺陷精確定位。

2.根據權利要求1所述的表示方法，其特征在于，建立特征提取稀疏表示模型包括：

測量信號y(t)與缺陷信號s(t)和噪聲信號n(t)之間的關系模型：

y(t)＝s(t)+n(t)

缺陷信號s(t)可以用一組原子的線性組合來表示即s＝Dc，式中，D表示N×M的矩陣，是字典，c表示稀疏表示系數。

3.根據權利要求1所述的表示方法，其特征在于，步驟S103具體過程包括：

步驟S301、根據激勵信號和剪切波波數特性和散射特性的融合確定特征導波缺陷信號的傳播特性：

式中x₀和x_i分別表示參考距離和傳播距離，k(ω)表示對應模態的波數，ω表示角頻率，H(ω)表示激勵信號的傅里葉變換；

步驟S302、根據特征導波缺陷信號的傳播特性預測導波信號在某一傳播距離上的特性，并作為字典的一個原子：

式中，H_τ(ω)表示激勵信號的自相關；

步驟S303、按等間距取不同傳播距離上的導波信號作為原子，構成原子庫，構建源自字典D：

D＝[d₁ d₂ d₃ … d_M]。

4.根據權利要求1所述的表示方法，其特征在于，所述根據過完備字典，結合分裂增廣拉格朗日收縮算法求解基追蹤去噪模型，并確定所述測量信號在所述的過完備字典上的稀疏表示系數，包括：

該基于基追蹤去噪的稀疏表示模型可以表示為：

式中y表示混雜信號，D表示N×M的矩陣，是字典，c表示稀疏表示系數，λ為拉格朗日乘子，和||c||₁分別表示y-Dc的L2范數和c的L1范數，L1范數的定義是L2范數的定義為

通過變量分離思想，可以把非約束問題轉換成約束問題：

其中，v是分離變量，s.t.是“subject to”的縮寫，表示“滿足”的意思；令J(z)＝f₁(c)+f₂(v)，表示經過變量分離思想處理的代價函數，和f₂(v)＝λ||v||₁，z＝[c v]^T，b＝0，F＝[I -I]，I為單位矩陣，則約束問題的增廣拉格朗日函數可以表示為：

式中，λ為拉格朗日乘子，μ為懲罰因子，對該模型進行迭代求解：

c_l+1＝(D^TD+μI)^-1[D^Ty+μ(v_l+r_l)]

r_l+1＝r_l-(Fz_l+1-b)

式中，l是迭代次數，r_l表示稀疏系數c和分離變量v迭代過程中的輔助變量，在迭代開始之前，可以初始化為和測量信號維度相同的0向量，通過迭代求解最小化代價函數，當滿足設定的迭代條件時，獲得最優稀疏表示系數以重構焊縫特征導波缺陷回波信號

5.根據權利要求1所述的表示方法，其特征在于，根據特征稀疏表示系數提取波峰到達時間，實現焊縫缺陷精確定位包括：

根據重構信號，分別提取直達波峰值到達時間t₁，缺陷回波峰值到達時間t₂和端面回波峰值到達時間t₃；

定義缺陷定位公式

式中，L₃為測量焊縫長度，L₁激勵傳感器到接收傳感器之間的距離，t₁為直達波峰值到達時間，t₂缺陷回波峰值到達時間，t₃端面回波峰值到達時間；

根據缺陷定位公式，定義缺陷定位誤差Δe：

式中，為估算缺陷位置，L₂為實際缺陷位置；

根據所定義的缺陷定位公式，計算出缺陷位置，從而實現焊縫缺陷位置的有效定位。