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原文传递用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法

专利名称：	用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法
摘要：	本发明公开了一种用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法，本发明方法包括：利用回波信号的稀疏性提出了一个新的缺陷特征提取方法；构建一个参数可调的回波信号稀疏表示模型；在模型的实现过程中，采用与激励信号最相似的Morlet小波原子为基构造过完备原子字典，然后利用分裂增广拉格朗日收缩算法求解基追踪去噪模型；根据稀疏表示所得重构信号中的波峰到达时刻，实现了缺陷位置的准确定位；模拟和实际焊缝缺陷信号验证了该方法的有效性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	许桢英;万东燕;樊薇;张孝龙;杨卿;吴梦琪;王元霞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910155387.0
公开号：	CN109884192A
分类号：	G01N29/44(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种用于焊缝特征导波缺陷回波信号特性提取的稀疏表示方法，其特征在于，包括： 1)获得焊缝特征导波的回波信号，对检测信号建立稀疏表示模型； 2)利用相关滤波得出与原信号最相似的最优Morlet小波基原子，进而构造步骤1)中稀疏表示模型所需的过完备的原子字典A； 3)用分裂增广拉格朗日收缩算法对引入的基追踪去噪问题进行求解，获得步骤1)中稀疏表示模型所需的稀疏向量估计值该算法通过对稀疏向量c进行更新迭代，使得代价函数J最小化，最终找到一组最优解； 4)由步骤2)和步骤3)中的A和获得检测信号的稀疏表示，并计算回波波包的峰值到达时间，提取缺陷回波，定位缺陷。 2.根据权利要求1所述的表示方法，其特征在于，获得焊缝特征导波的回波信号，对检测信号建立稀疏表示模型包括以下步骤：通过函数发生器激励位于焊缝顶端的激励传感器，在焊缝中形成导波，信号经过待测焊缝传播，被接收传感器接收，再经前置放大器放大后送入数字示波器显示，即为检测信号y；建立检测信号y与原始信号x和噪声信号n的关系模型，并用一个线性元素的组合表示未知信号： x＝Ac 其中，A表示N×M的矩阵字典，是一个矩阵，c表示稀疏表示系数，都为向量，用正粗体表示。 3.根据权利要求1所述的表示方法，其特征在于，构造过完备的原子字典A的过程为：定义Morlet小波原子ψγ(t)，利用相关滤波方法，匹配得出与原信号最相似的基原子ψ(f，ζ，τ，t)，利用ψ(f，ζ，τ，t)的时移和变换得出原子字典A。 4.根据权利要求3所述的表示方法，其特征在于，构造过完备的原子字典A的具体过程为：步骤S301：根据激励信号以及特征导波回波信号的双边衰减特点，选取与其有类似衰减性质的Morle小波作为原子字典A中的原子，Morlet小波被定义为：式中，f∈R+为振荡频率；为黏滞阻尼比；τ∈R为时间参数。步骤S302：通过相关滤波可以得到小波基ψγ(t)与原始信号x(t)最相似时的最优匹配参数，相关系数越大，表示匹配性越好，其相关系数Cv表达式为通过最大化每个时间值所对应的相关系数Cv计算出得到最相似的Morlet小波特征参数对于给定时间的Cv所对应的最大值为通过最大化系数kγ(τ)的值能够得到时间参数τ；步骤S303：根据相关滤波法得到f、ζ、τ的最优参数值，构造出与原始信号最相似的Morlet小波基底函数，并将其扩充为具有不同时移参量的小波原子字典A。 5.根据权利要求1所述的表示方法，其特征在于，分裂增广拉格朗日收缩算法通过快速迭代的方法解决最优解问题：利用变量分离的思想，引入基追踪去噪模型将无约束优化问题转化为约束优化问题；通过对稀疏向量进行更新迭代，使得代价函数最小化，最终找到一组最优解。 6.根据权利要求1所述的表示方法，其特征在于，用分裂增广拉格朗日收缩算法求解基追踪去噪模型，具体包括：通过分裂增广拉格朗日收缩算法对稀疏向量c进行更新迭代，使得代价函数J最小化，最终找到一组最优解：通过思想变量分离，可以将公式转化为约束优化问题：其中，f2(v)＝λ\|\|c\|\|1，G＝I，公式中“s.t.”表示“满足”的意思，λ为拉格朗日乘子，公式表示在满足Gc＝v的前提下，使得f1(c)+f2(V)最小的向量c为该方程的解；取E(z)＝f1(c)+f2(v)，b＝0，H＝(G-I)，则上式可以转化为求解该式可得 dk+1＝dk-(Hzk+1-b) 再通过迭代求解上述方程，得到新的方程： dk+1＝dk-(ck+1-vk+1-b) 其中，k为迭代次数，μ为指定的惩罚因子，通过设置给定的迭代次数为终止条件，最后输出最优解则真实信号x(t)的逼近值可以表示为 7.根据权利要求1所述的表示方法，其特征在于：计算回波波包的峰值到达时间，提取缺陷回波，定位缺陷的具体过程为：通过重构信号得到始发波到达时间t1，端面回波到达时间t2和缺陷回波到达时间td，从而计算得出缺陷距离焊缝前端的距离Ld，定位缺陷：其中，Lw为焊缝长度，l为接收传感器距离焊缝前端的位置。
所属类别：	发明专利