远距离超声检测技术研究与实现

针对塔机主动防碰撞预警系统中超声检测技术瓶颈问题,设计了远距离超声检测系统架构,开发了远距离超声检测装置,提出了远距离振动模型延时估计方法。该系统主要由超声换能器、微控制器模块、超声信号激励模块、超声信号调理模块、温度补偿模块等构成。在传统阈值法的基础上,根据超声换能器振动时域波形上升沿特征识别超声回波信号,并由此估计超声回波起始位置。试验研究结果表明,该装置利用振动模型延时估计方法,可以精确、稳定、可靠地实时检测距离为33 m的障碍物。     

超声回波信号的小波软阈值法去噪处理

针对工程中常用的脉冲反射法超声检测中反射回波信号的特点,研究了基于小波分解的阈值去噪方法,通过理论分析、仿真以及实验研究得出,对于超声回波选取sym8小波基,采用软阈值法,运用基于史坦无偏似然估计的阈值选取规则,分解层数为4层时,可以有效地去除噪声干扰,突出缺陷信号,去噪性能优于硬阈值法.     

应用离散粒子群算法的大距离超声信号LMS自适应时延估计

针对塔机安全预警系统中远距离障碍物检测对精度和实时性的需求,以超声回波时延估计为研究对象,提出了一种基于离散粒子群算法(DPSO)的最小均方误差自适应时延估计(LMSTDE)方法。该方法引入DPSO进行LMSTDE的寻优规划,解决了LMSTDE计算量庞大的问题;通过引入步长可变的LMSTDE算法和加速因子可变的DPSO,解决了算法过早收敛易陷入局部最优的问题。实验对比表明:改进后的算法保留了原有算法的高精度及抗噪性强等优点,且运算速度提升了25倍左右,可以实现中远距离障碍物的实时检测,且可靠性较高。     

基于广义交叉阈值同步压缩小波的超声信号特征提取方法

利用超声无损检测技术,对轴的表面裂纹检测时,微小裂纹回波信号常常会被各种噪声掩盖,造成裂纹无法识别和定位。为解决这一问题,提出采用广义交叉阈值同步压缩小波变换方法对超声回波信号进行分析,从时频域中识别裂纹回波信号特征并进行定位。该方法在同步压缩小波变换基础上,利用广义交叉验证估计降噪的阈值水平,不依赖于任何先验知识。具体地,通过添加基于峭度测量的预处理步骤和基于自适应硬阈值处理的后处理步骤,提高了阈值处理的效率和时频域内的降噪效果,从而实现了噪声与特征信号的有效区分。将该方法应用于轴表面微小裂纹超声回波信号的特征识别,并与连续小波变换的结果进行了对比,结果表明所提出的方法能够更精确地识别裂纹并提取裂纹出现时间点,进而判断微小裂纹的具体位置。     

金属材料小缺陷超声反射信号建模及识别

为了能从含噪声金属材料超声检测信号中有效识别出微小缺陷回波,建立了金属材料超声反射信号模型并提出了基于相关系数的微小缺陷回波识别方法。对含微小缺陷金属材料超声脉冲反射信号的成分进行分析,建立了基于散射声场与高斯回波理论的优化超声回波模型。设计了超声缺陷回波位置识别方法。该方法对超声脉冲反射信号去噪后,取探头发射脉冲信号为参考信号;然后与去噪后的信号逐段求解相关系数;最后对该相关系数序列进行阈值化处理,获得缺陷回波在超声回波信号中的位置。将利用上述优化超声回波模型生成的超声反射信号及其频谱与实验获得的金属材料超声反射信号及其频谱进行了对比,结果表明:两者的时频域特征具有一致性。当将阈值设定为相关系数序列最大值的60%时,能够有效从超声背散射信号中识别出金属材料微小缺陷回波。     

小径厚壁钢管超声探伤系统设计研究

针对壁厚与外径比大于0.2的小径厚壁无缝钢管提出了一种基于超声波检测的缺陷检测系统,完成了系统的硬件和软件设计,同时为提高系统缺陷的识别效率和准确度,通过分析小径厚壁钢管超声自动探伤系统干扰来源和传播途径,利用改进小波阈值去噪方法来去除混回波信号中的噪声提高回波信号信噪比。实验证明,超声探伤系统能够实现小径厚壁钢管的缺陷检测,小波阈值降噪法可有效去除混在超声回波信号中的各种噪声,大大提高回波信号信噪比。     

基于超声参数化和熵模型的汽车焊点质量识别

汽车焊点的超声波检测过程中,超声回波为非稳态信号,特征不易提取,同时焊点缺陷类型众多,导致汽车焊点质量的自动判定与识别比较困难。因此,提出一种基于超声信号参数化和判别熵模型的汽车焊点质量智能识别方法。通过建立汽车焊点超声回波信号的参数化模型,再基于EM算法思想,提出多回波超声信号的特征参数估计算法。根据提取的超声信号时频特征值,结合判别熵对特征值的有效性进行监督,提取最优特征值子集,最终实现汽车焊点质量类型的智能识别。焊点的实际检测结果验证了方法的有效性和识别的准确性。     

改进匹配追踪法在导波检测信号处理中的应用

提出了基于差分进化算法的改进匹配追踪方法,对超声导波无损检测信号进行处理。选取与超声导波回波信号时频特性相近的高斯调制余弦信号作为匹配原子,利用差分进化算法提高全局参数寻优的计算效率,通过叠加每个匹配原子分量的Wigner-Ville分布得到无交叉干扰项的时频分布。实验检测信号处理结果表明,该方法极大提高了参数搜索效率,通过时频分布特征对比可以有效地从回波信号中实现缺陷辨识。     

基于非线性小波收缩的超声信号缺陷识别方法

超声检测回波中的噪声信号是影响焊接缺陷无损检测的主要因素之一。为了更好地抑制回波中的噪声成分,从而有效地识别缺陷信号,在传统非线性小波收缩(Nonlinear wavelet shrinkage,NWS)方法的基础上,提出一种基于子波相关的改进噪声抑制方法。改进方法具备小波分析的多分辨特性,同时兼顾相邻测点回波中缺陷信号间具强相关性的特点。分别利用传统及改进的NWS方法对计算机仿真信号及焊缝超声检测信号进行处理,研究不同母小波及阈值估计方法对信号处理效果的影响。结果表明,改进方法对不同母小波的敏感性小,受不同阈值估计方法的影响小,且对复杂成分的噪声更具适应性。改进方法的噪声信号抑制及缺陷信号恢复效果明显优于传统方法,为缺陷的有效识别及精确量化测量提供可靠的依据。     

基于双目视觉的移动机器人障碍物检测研究

针对移动机器人立体视觉障碍检测的两个难点:匹配精度以及匹配算法的实时性问题,提出了一种基于图像分割和立体视觉相结合的障碍物检测方法.通过分割提取出了障碍物的大致形体并滤去地面上的冗余信息,这样就把立体视觉避障中匹配区域缩小到有用的障碍物区域中,提高了匹配速度和精度.同时,采用德州仪器的DSP-TMSDM642实现了该算法在移动机器人上的嵌入式实现.实验结果表明了该方法能够在室内环境下较好地分割出障碍物目标大致区域,计算出障碍物特征点的三维信息精度高,具有较强的自适应性.     

基于COMSOL的超声相控阵无损检测算法与仿真技术研究

基于超声相控阵无损检测技术原理,运用延时法则研究了超声相控阵偏转和聚焦算法,在COMSOL软件中建立了多阵元超声相控阵无损检测仿真模型,对碳钢工件内部的缺陷形态进行了不同角度的扫查,揭示了声束在缺陷碳钢工件中的传播规律,获得了不同阵元的超声脉冲回波图;在此基础上,提出了基于脉冲回波的缺陷重构算法,对工件中的缺陷形态进行了重构;最后,开展了超声相控阵无损检测实验,对仿真模型以及缺陷重构算法进行了验证。研究结果为工件缺陷的超声相控阵检测及重构提供了一种有效的建模仿真技术方法。     

采用椭圆算法和Canny算子的超声TOF估计方法

椭圆算法被用于测量超声回波信号的渡越时间(TOF),以便估计目标的距离.然而,椭圆算法是将估计出的椭圆长轴位置对应的时间点作为TOF值,估计的目标距离值与实际距离值仍有一定误差.为了进一步提高椭圆算法的TOF估计精确度,将Canny边缘检测引入到椭圆算法中,结合回波脉冲包络的特征形成一种新的超声TOF估计方法.首先利用边缘检测算子提取出近似椭圆形的回波脉冲包络的边界,然后根据边界上点对应的信号幅度用差分方法搜索除起始点以外的梯度最大值位置对应的时间确定为TOF值.实验结果表明:改进后的椭圆算法测量绝对误差可以控制在1.5 mm以内,较传统方法相比至少提高0.5 mm.而相对误差达到0.2％,较传统方法提高了30％.改进后的椭圆算法的应用使得测量的准确性和可靠性均得到了明显提升.     

高精度尺度不变特征点匹配方法及其应用

在基于局部特征点匹配的目标检测与定位系统中,匹配点和误匹配点的数量直接影响定位精度。为降低特征点误匹配率并保证匹配过程中有足够的匹配点数,提出了一种改进的尺度不变特征点匹配方法。分析常用特征点匹配方法中匹配结果随判断阈值变化的问题,利用循环,采用变步长的方式获取匹配图像自适应双阈值。在此基础上,利用高阈值对应的稀疏精确匹配结果建立匹配图像间的几何变换约束模型并建立约束准则,用以滤除低阈值对应的密集匹配结果中的误匹配。实验结果表明,与现有方法相比,所提方法可明显提高匹配精度,从而增强目标的检测与定位性能。     

压缩感知改进探地雷达回波信号时延估计

针对探地雷达回波受环境及多径干扰而导致时延估计的精度和速度不满足应用需求的问题,提出了基于改进快速匹配追踪的时延估计算法,算法首先基于压缩感知理论对雷达探地回波进行稀疏分解和重构,以提高信号的信噪比,消除回波中强干扰信号对时延估计的影响,然后采用QR分解优化的快速正交匹配追踪对时延估计模型进行求解,降低基函数错选概率,提高模型收敛速度.仿真实验表明,算法能够有效均衡回波信号中强信号分量和弱信号分量,具有较高的回波时延估计精度.     

基于盲反卷积和参数化模型的超声参数估计

在超声检测中,往往需要获得传播时间(TOF)、回波个数、中心频率、幅值等全面的信息,来综合评判缺陷的位置、大小和类型。通过建立多回波的卷积模型和参数化模型,给出一种结合最小熵盲反卷积(MED)和期望值最大(EM)算法思想的超声回波参数估计方法。首先基于卷积模型,采用最小熵反卷积,实现了重叠多回波信号的有效分离;再基于参数化模型和所获取的回波个数,给出了基于期望值最大算法思想的参数估计算法;最终实现了重叠多回波超声信号TOF、回波个数、中心频率、幅值等参数的精确估计。仿真和实验验证了该方法的有效性和优点。     

基于小波变换的超声到达时刻检测

针对目前超声到达时刻的测量精度不高,提出了一种基于小波变换的超声到达时刻的检测方法。采用DSP技术,以TMS320VC5402作为控制芯片简化硬件设计,提高数据处理能力;进行信号有效范围检验,A/D采集超声回波数据,利用小波变换方法对超声波回波信号进行去噪处理;提出了基于能量阈值法的基峰确定的过零检测方法,精确计算超声波传输时间。实验表明,该方法能够实现ns级精度的检测,为超声测距、气体流量及浓度检测、压力检测等超声检测提供一种高精度的实时性的检测方法。     

基于经验与变分混合分解的超声回波信号噪声消除方法

超声缺陷检测结果易受超声回波信号中复杂噪声的干扰,为了提高超声缺陷检测的准确度,提出一种基于混合分解的 超声回波信号噪声消除方法。 采用经验模态分解算法结合相关系数指标对超声回波信号进行预处理,得到消除低频噪声分量 的超声回波预处理信号。 基于变分模态分解将该预处理信号分解为一系列窄带本征模态函数,引入互信息指标估计变分模态 分解的最优模态数量,并根据窄带本征模态函数与预处理信号的相关系数提取有用的模态分量,实现对超声回波信号去噪结果 的重构。 通过仿真和实测超声回波信号验证了本文方法的去噪性能,并与现有方法进行了对比。 结果表明,本文方法可同时消 除超声回波信号中的高频和低频噪声,在不同信噪比条件下 EMD、VMD 和本文方法去噪结果的 SNR 均值分别为 10. 01、9. 48 和 16. 09 dB,验证了本文方法对于超声回波信号噪声消除的优越性。     

基于卷积模型的超声回波分离技术及其应用

针对管道和压力容器超声无损检测时无法检测出渗漏孔缺陷的难题,提出了一种解决方法.该方法采用信号分离技术,能有效分离出超声回波中渗漏孔缺陷回波信号.首先分析了无法检测出渗漏孔的原因,并利用卷积法建立了渗漏孔反射超声波数学模型,然后采用数字滤波技术,提取出渗漏孔有效反射信号的特征信息,并通过能量法和能量差法放大了这种信息,使识别更加容易.该方法在实验室进行了验证,取得了很好的效果,能有效识别出全部渗漏孔缺陷.     

超声检测信号中的小波包分析

超声检测中缺陷回波信号的质量是实现缺陷定位定量定性分析与评价的基础,去噪是超声检测信号处理中很重要的环节。小波包分析方法可以有效地抑制噪声干扰,提离有用信号。在Windows环境下,采用MATLAB 6．5 编程实现了缺陷回波信号的小波包去噪处理。研究结果表明:利用小波包阈值去噪,大大提高了缺陷回波信号的信噪比,改善了信号特征信息的质量,并且具有较高的缺陷定位精度和纵向分辨率。     

多声道气体超声流量测量动态数据提取与分析

气体超声波流量计研制中，准确定位每个声道正程和逆程收到的回波信号特征点，是精确测量得到该方向传播时间以及通过计算各声道时间差精确得到气体流量值的关键。提出了提取与分析气体超声流量计动态调试数据的方法，获取了回波信号各峰的归一化幅值数据；比较其归一化系数差值，得出最大差值所在的相邻峰为特征峰，两特征峰之间的上升过零点为到达时间阈值点，根据确定的阈值点得到精确的传播时间值。通过Python完成对原始数据的提取和分离并整理到Excel文件中，通过Excel将归一化幅值数据转换为散点图并加以分析，从而快速准确地获取阈值点，进而定位回波信号特征点。通过该方法设定阈值参数的DN50型双声道气体超声流量计，实验证明，所研究的DN50型双声道气体超声流量计能满足气体超声流量计检定规程中对1.0级仪表精度的要求。