[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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本發明公開了一種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，本發明方法包括：利用焊縫缺陷信號瞬態成分的稀疏性提出了一個新的特征提取技術；構建一個符合焊縫特征導波缺陷信號特征的稀疏表示模型；在模型的實現過程中，結合特征導波的波數特性和散射特性建立過完備字典，然后利用分裂增廣拉格朗日收縮算法求解模型；將瞬態成分轉化為一系列的稀疏表示系數，從而可以實現在強背景噪聲下對弱信號的有效提取并實現了焊縫缺陷的精確定位。結果表明，該方法優于小波變換和相移疊加等時頻分析技術的焊縫特征導波缺陷特征檢測方法。

技術領域

本發明涉及一種信號的分析檢測領域，尤其涉及無損檢測中一種信號瞬態成分稀疏表示的特征提取，可用于在船舶、航空航天等使用的中厚板對接焊縫回波信號特征提取及缺陷檢測。

背景技術

超聲導波無損檢測技術以速度快精度高等優勢廣泛應用于工業生產過程中。但是工業生產過程中常常伴隨著強烈的背景噪聲，加之特征導波本身具有的多模態和頻散特性，容易導致波包混雜難以分辨等問題。因此，需要研究先進的信號處理方法消除由背景噪聲和特征導波固有特性對缺陷回波信號產生的影響。

焊縫特征導波缺陷信號的處理方法主要涉及時域分析、頻域分析和時頻分析。時域分析的存在不確定性問題，需要大量的樣本數據來提高檢測的準確性。頻域分析適用于穩態信號的檢測，獲取不同頻帶信號的能量分布，而且易受強背景噪聲的干擾。焊縫特征導波缺陷信號包含強背景噪聲和混雜的波包，且非穩態，這使得時頻分析在該領域得以發展。

發明內容

針對以上問題，本發明提出了一種基于剪切波特性融合的用于焊縫缺陷信號特征提取稀疏表示方法。本發明能夠對缺陷回波信號的特征進行分析，構建基于波數特性和散射特性特征融合的字典，對缺陷成分進行分析，通過稀疏系數對其進行表示，可用于在船舶、航空航天等使用的中厚板對接焊縫回波信號特征提取及缺陷檢測。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術手段：

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，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。

進一步，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。

進一步，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：