[发明专利]一种基于小波变换提取轮辋超声波探伤信号的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测领域，主要应用在机车车轮的在线自动探伤领域中，尤其涉及一种基于小波变换提取轮辋超声波探伤信号的方法。

背景技术

近年来，随着高速重载战略的实施和大批客运专线的相继开通，我国铁路呈现出一个前所未有的良好发展态势。自20世纪90年代末至今，我国铁路己经成功进行了6次提速，同时，铁路运输速度和能力的稳步提升意味着对高速客运以及重载货运列车提出了更高的要求，尤其是列车车轮的安全性尤为重要。

机车轮辋分担着整车的压力，伴随着列车急刹车，外部恶劣的环境侵蚀和人为护理不当等原因，其是否存在缺陷在列车安全检测中就显得非常重要了。在实际工程中，检查轮辋的缺陷是复杂的：机车轮辋缺陷形式千变万化，如剥落、裂纹、磨耗等，其产生的位置也各不相同；工业现场又有着不同种类和复杂程度各异的噪声在干扰着，其主要包括随机噪声和相干噪声，随机噪声包括环境噪声、材料噪声和电子电路噪声等，是由各种随机因素综合而成的，其频带很宽，在探伤过程中随机出现，将有效信号污染甚至湮没。

目前，国内的机车车轮的在线自动探伤装置通常配合安装于一段专用的检测轨道处，主要由压电超声换能探头阵列、现场信息采集单元和集中分析控制中心等部分组成，其组成如图1所示。但当今该类装置的集中分析控制中心所做的后期信号处理的效果较差，甚至没有任何信号处理手段就直接判伤。图2是缺乏有效的信号处理技术支持，工作人员只能根据回波信号判伤，误判的可能性较大。图3是经过软硬件设计实现带通滤波器达到的滤波效果，此方法对峰值削减明显且提取轮辋超声波探伤信号的能力较差。本发明提出基于小波变换提取轮辋超声波探伤信号的方法应用在集中分析控制中心中，实现提取信号的目的。

需提及的是图3，传统的信号消噪技术是基于数字滤波器设计的，它是把有效信号和噪声在频域范围进行分离的方法。这种方法多用于信号频谱和噪声频谱没有重叠的情况下。而在探伤实际工程中，所遇到的信号大多是复杂且不平稳的，相互重叠的现象很严重，如果只采用单一的手段和窗函数，必然会产生一些不可避免的误差。而小波变换是一种窗口大小固定，窗口的形状可变、时间窗和频率窗都可改变的时频局部化分析方法。该方法在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，很适合用来探测在白噪声等非平稳信号污染下的有效信号中的尖峰成分。

发明内容

本发明旨在解决的技术问题：寻找一种适用的信号处理技术，填补现有的机车轮辋在线自动探伤系统信号处理方面的技术空白，能够将有效脉冲回波信号从复杂的噪声中提取出来，为后期的包络提取、检波分析、验伤显示等提供可靠的技术保障，并可以作为一个数字信号处理模块应用到集中分析控制中心里。

本发明为解决以上技术问题而采用的技术方案为：

一种基于小波变换提取轮辋超声波探伤信号的方法，用于处理通用型机车车轮的在线自动探伤装置的数字信号，具体包括如下步骤：

步骤1、载入机车车轮在线自动探伤装置采集到的原始数据信号；

步骤2、确定小波基函数和分解的层次N，然后采用Mallat算法对原始数据信号进行N层小波分解，得到小波系数，所述小波系数由第N层的尺度系数和第1层到第N层细节系数组成；

步骤3、根据需求选用合理的阈值量化函数，为小波分解后得到的各层细节系数设置阈值并做阈值量化处理；

步骤4、结合小波基函数，将阈值量化过后的小波系数进行一维信号的小波重构，得到去噪后的有效超声波探伤信号；

步骤5、根据有效超声波探伤信号提取正检波包络曲线，然后判断其是否存在缺陷；

步骤6、对于没有缺陷的正检波包络曲线，将各采样点数作为横坐标，将各采样点对应的幅度作为纵坐标绘出超声波A型显示图像，并直接在用户界面中显示；对于存在缺陷的正检波包络曲线，进入下一步骤进行处理；

步骤7、根据步骤6的方法绘出存在缺陷的正检波包络曲线的超声波A型显示图像，根据A型显示图像中缺陷的回波峰值所对应的采样点数估算该缺陷的位置，根据与该回波峰值所对应的回波幅度估算该缺陷的大小。

进一步的，本发明的一种基于小波变换提取轮辋超声波探伤信号的方法，所述步骤2是选择Daubechies小波系中的db4小波基函数对原始数据信号进行3层小波分解，其特征尺度是2³。

进一步的，本发明的一种基于小波变换提取轮辋超声波探伤信号的方法，所述步骤3是采用软阈值作为阈值量化函数对各层细节系数分别设置阈值。