[发明专利]基于剪切波特性融合用于焊缝缺陷回波信号特征提取稀疏表示的方法

说明书

本发明公开了一种基于剪切波特性融合用于焊缝缺陷回波信号特征提取稀疏表示的方法，本发明方法包括：利用焊缝缺陷信号瞬态成分的稀疏性提出了一个新的特征提取技术；构建一个符合焊缝特征导波缺陷信号特征的稀疏表示模型；在模型的实现过程中，结合特征导波的波数特性和散射特性建立过完备字典，然后利用分裂增广拉格朗日收缩算法求解模型；将瞬态成分转化为一系列的稀疏表示系数，从而可以实现在强背景噪声下对弱信号的有效提取并实现了焊缝缺陷的精确定位。结果表明，该方法优于小波变换和相移叠加等时频分析技术的焊缝特征导波缺陷特征检测方法。

技术领域

本发明涉及一种信号的分析检测领域，尤其涉及无损检测中一种信号瞬态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对接焊缝回波信号特征提取及缺陷检测。

背景技术

超声导波无损检测技术以速度快精度高等优势广泛应用于工业生产过程中。但是工业生产过程中常常伴随着强烈的背景噪声，加之特征导波本身具有的多模态和频散特性，容易导致波包混杂难以分辨等问题。因此，需要研究先进的信号处理方法消除由背景噪声和特征导波固有特性对缺陷回波信号产生的影响。

焊缝特征导波缺陷信号的处理方法主要涉及时域分析、频域分析和时频分析。时域分析的存在不确定性问题，需要大量的样本数据来提高检测的准确性。频域分析适用于稳态信号的检测，获取不同频带信号的能量分布，而且易受强背景噪声的干扰。焊缝特征导波缺陷信号包含强背景噪声和混杂的波包，且非稳态，这使得时频分析在该领域得以发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种基于剪切波特性融合的用于焊缝缺陷信号特征提取稀疏表示方法。本发明能够对缺陷回波信号的特征进行分析，构建基于波数特性和散射特性特征融合的字典，对缺陷成分进行分析，通过稀疏系数对其进行表示，可用于在船舶、航空航天等使用的中厚板对接焊缝回波信号特征提取及缺陷检测。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术手段：

一种基于导波特性融合用于焊缝缺陷导波信号检测的特征提取的稀疏表示方法，包括：

步骤S101、获得焊缝特征导波缺陷回波信号，即测量信号；

步骤S102、建立特征提取稀疏表示模型；

步骤S103、结合剪切波波数特性和散射特性建立符合测量信号特征的过完备字典；

步骤S104、根据建立的过完备字典，用分裂增广拉格朗日收缩算法求解基于基追踪去噪的稀疏表示模型，并确定所述检测信号的特征稀疏表示系数；

步骤S105、根据特征稀疏表示系数提取波峰到达时间，实现焊缝缺陷精确定位。

进一步，建立特征提取稀疏表示模型包括：

测量信号y(t)与缺陷信号s(t)和噪声信号n(t)之间的关系模型：

y(t)＝s(t)+n(t)

缺陷信号s(t)可以用一组原子的线性组合来表示即s＝Dc，式中，D表示N×M的矩阵，是字典，c表示稀疏表示系数。

进一步，步骤S103具体过程包括：

步骤S301、根据激励信号和剪切波波数特性和散射特性的融合确定特征导波缺陷信号的传播特性：

式中x₀和x_i分别表示参考距离和传播距离，k(ω)表示对应模态的波数，ω表示角频率，H(ω)表示激励信号的傅里叶变换；

步骤S302、根据特征导波缺陷信号的传播特性预测导波信号在某一传播距离上的特性，并作为字典的一个原子：