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基于小波分析的超声波信号降噪研究

作　者: 刘瑾
导　师: 雷毅
学　校: 中国石油大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 超声波检测信噪比小波变换阈值降噪奥氏体不锈钢焊缝
分类号: TN911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超声检测技术是一种确保设备安全运行的重要手段。在进行超声检测时,尤其在粗晶材料中大量的结构噪声使得有用信息湮没在噪声中,给超声检测的应用带来了一定的困难,因此超声信号的降噪处理十分重要。目前小波阈值法被广泛地应用于信号降噪处理中,其中母小波和分解层数的确定以及阈值和阈值处理函数的确定是小波阈值方法的两大关键技术。因此,本文基于信号处理理论以及超声回波信号的特点,分析研究了适合对超声信号进行小波处理的母小波所应具有的特性,并根据现有母小波的性质得出了:Daubechies小波族、Symlets小波族、Coiflets小波族和Biorthogonal小波族适合于进行超声信号分析。随后以构造的含噪超声信号作为研究对象,采用以上四种小波族和分解层数(1～10)结合起来对构造的含噪信号进行交叉降噪试验。并考虑了在实际工程应用中,超声信号中的噪声是未知的,因此阈值重调方法采用“sln”和“mln”,在这两种阈值重调方法下对构造的含噪信号分别采用四种阈值选取方法进行降噪处理;此外,考虑了软、硬阈值处理方法的缺点,分析三种阈值改进方法的优点。采用软、硬阈值法以及三种阈值改进方法对不同的含噪超声信号进行降噪处理。分析降噪后的结果可以得出:就超声回信号而言,采用db12和sym8、sym10、coif2和biors6.8这五种小波的去噪效果较好,分解层数为4时降噪效果达到最优;在重调方法采用“sln”和“mln”时,采用“minimaxi”的降噪效果最优,降噪后的信噪比与其他三种规则相比要高0.1～0.7 dB;三种改进方法的降噪效果都优于硬阈值处理方法,而软阈值方法与软硬阈值折衷改进方法的降噪效果相差甚少,它们之间信噪比的差值基本保持在0.01～0.03 dB。当噪声等级为1～12(噪声较大)时,采用软硬阈值折衷改进方法的降噪效果优于其它两种改进方法,降噪后的信噪比比其他两种改进方法要高0.2～1.5 dB。而当噪声等级为13～24(噪声较小)时,采用指数型阈值方法与采用双曲线型阈值方法的降噪效果相当,这时采用指数型阈值方法和双曲线型阈值方法降噪后的信噪比与采用软硬阈值折衷改进方法的相比要高0.2～1.8 dB,但是介于采用指数型阈值方法比采用双曲线型阈值方法有较好的降噪视觉效果,因此在噪声较小时,选择指数型阈值方法较合理。最后通过对两个实际采集到的奥氏体不锈钢焊缝人工缺陷的超声回波信号进行降噪处理,证明了本文研究得出的适合超声波小波阈值降噪的最优参数是合理的。

基于小波分析的超声波信号降噪研究

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