基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行“分幀”處理后利用分形維數(shù)設(shè)計(jì)可變的平滑系數(shù)實(shí)現(xiàn)噪聲濾波作用的增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)含噪信號(hào)的實(shí)時(shí)更新，提高了信噪比，提高了信號(hào)識(shí)別率。
【專利說(shuō)明】基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】:
本專利涉及聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)及現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的信號(hào)去噪算法，可極大地提高信噪比，有效地應(yīng)用于罐底鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪研究。
[0002]【背景技術(shù)】:聲發(fā)射技術(shù)對(duì)常壓儲(chǔ)罐腐蝕狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)評(píng)估是目前的研究熱點(diǎn)。其機(jī)理就是利用固定在儲(chǔ)罐外壁的聲發(fā)射傳感器(主要是壓電類)監(jiān)測(cè)非清罐條件下儲(chǔ)罐腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力波,通過(guò)接收到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析后,評(píng)估罐底的腐蝕狀態(tài)，從而安排維護(hù)計(jì)劃，降低成本，確保儲(chǔ)罐的安全。
[0003]罐底鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)(Corrosion Acoustic Emission)實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，聲發(fā)射傳感器靈敏度極高，所以容易受到各種噪聲的干擾，如果無(wú)法對(duì)噪聲進(jìn)行有效的處理，那么聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性將無(wú)法得到保證，所以聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中，噪聲處理是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。
[0004]在本方案設(shè)計(jì)之前，常用的罐底腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法主要包括參數(shù)分析法、經(jīng)典譜分析、高階譜分析、小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。其中發(fā)展較為成熟并廣泛采用的方法是小波分析法。但當(dāng)噪聲水平較高的時(shí)候，小波變換噪聲分解系數(shù)和信號(hào)分解系數(shù)難以區(qū)分，這對(duì)于短時(shí)瞬態(tài)突變的聲發(fā)射信號(hào)尤其明顯；小波基函數(shù)的選擇目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，得到的結(jié)論穩(wěn)定性較低。
[0005]聲發(fā)射信號(hào)是幅值、頻率豐富的多模態(tài)信號(hào)，從幅值和頻率上進(jìn)行去噪是極其困難的。離散分?jǐn)?shù)余弦變換(DCT)方法是通過(guò)檢測(cè)各個(gè)時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)整體幅值的變化來(lái)捕捉信號(hào)變化情況，而不是去捕捉與噪聲同一個(gè)數(shù)量級(jí)的信號(hào)突變，因此對(duì)噪聲不敏感，在語(yǔ)音增強(qiáng)上已取得了良好地效果。然而，由于聲發(fā)射源的多樣性、瞬態(tài)性，利用DCT進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)降噪處理仍然不能取得滿意的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明提供了一種基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其目的是根據(jù)每一‘幀’含噪信號(hào)變化程度的不同實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)去噪，提高信噪比，提高信號(hào)的識(shí)別率，從而解決以往的方法效果不理想的問(wèn)題。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其特征在于:該方法通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行“分幀”處理后利用分形維數(shù)設(shè)計(jì)可變的平滑系數(shù)實(shí)現(xiàn)濾波作用的增強(qiáng)，提高信噪比，提高離散分?jǐn)?shù)余弦變化算法去噪效果，該方法的具體步驟如下:
(1)、聲發(fā)射信號(hào)的提取與預(yù)處理:
①、建立鋼板腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，獲取腐蝕信號(hào)；
②、在連續(xù)腐蝕聲發(fā)射信號(hào)上疊加白噪聲、有色噪聲、粉紅噪聲信號(hào)；
(2)、將信號(hào)分為k巾貞，計(jì)算第k幀第i個(gè)頻率點(diǎn)的聲發(fā)射信號(hào)譜
Λ(M)、噪聲譜、第k幀噪聲的分形維數(shù)及信噪比SNR(k)，i為第k幀的第i個(gè)頻率點(diǎn)，并對(duì)進(jìn)行濾波；
對(duì)腐蝕聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階為a的3周期離散分?jǐn)?shù)余弦傅里葉變換
【權(quán)利要求】
1.一種基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其特征在于:該方法通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行“分幀”處理后利用分形維數(shù)設(shè)計(jì)可變的平滑系數(shù)實(shí)現(xiàn)濾波作用的增強(qiáng)，提高信噪比，提高離散分?jǐn)?shù)余弦變化算法去噪效果，該方法的具體步驟如下: (1)、聲發(fā)射信號(hào)的提取與預(yù)處理: ①、建立鋼板腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，獲取腐蝕信號(hào)； ②、在連續(xù)腐蝕聲發(fā)射信號(hào)上疊加白噪聲、有色噪聲、粉紅噪聲信號(hào)； (2)、將信號(hào)分為k幀，計(jì)算第k幀第i個(gè)頻率點(diǎn)的聲發(fā)射信號(hào)譜λs(k，i)、噪聲譜λ n(k，i)、第k幀噪聲的分形維數(shù)i/f及信噪比SNR(k)，i為第k幀的第i個(gè)頻率點(diǎn)，并對(duì)Xa (k)進(jìn)行濾波； 對(duì)腐蝕聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)階為a的3周期離散分?jǐn)?shù)余弦傅里葉變換
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其特征在于:所述的采樣頻率為5MHz，實(shí)驗(yàn)一共選取了 8192點(diǎn)，共分為64幀，分幀時(shí)每幀的幀長(zhǎng)為128個(gè)采樣點(diǎn)。
3.根據(jù)要求I所述的基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其特征在于:所述的噪聲為白噪聲、有色噪聲和粉紅噪聲，可分別模擬原油儲(chǔ)罐所收到的電磁噪聲、汽車駛過(guò)噪聲或一些其他的低頻噪聲影響、雨聲影響、液滴滴落影響等等。
4.根據(jù)要求I所述的基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其特征在于:分?jǐn)?shù)階為a=l.2~1.4或a=l.6~1.7效果良好。
5.根據(jù)要求I所述的基于短時(shí)分形維數(shù)增強(qiáng)法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(hào)去噪方法，其特征在于:建立腐蝕聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置的具體方法為:在腐蝕鋼板上安裝聲發(fā)射傳感器，鋼板的另一端浸泡在腐蝕液中，通過(guò)聲發(fā)射傳感器提取腐蝕聲發(fā)射信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G10L21/0208GK103854658SQ201210498535
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】于洋, 張?chǎng)? 楊平 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)