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小波分析在钢铁材质无损检测中的应用

作　者: 高冲
导　师: 何云斌
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 小波分析现场可编程逻辑门阵列电磁无损检测信号去噪阈值函数
分类号: TG115.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 118次
引　用: 1次
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内容摘要

多年来,用电磁法进行钢铁材质无损检测工作,取得了大量成果。然而对于钢铁硬度和裂纹质量检测还存在许多难题。特别是钢铁的硬度与初始磁导率的非线性问题,这些均严重影响了硬度的检测。基于上述情况,本文在对各种信号分析方法进行比较之后,选择了小波分析作为本课题的主要研究工具。信号与信息处理是信息科学中近二十年来发展最为迅速的学科之一,信号处理主要包括:信号去噪、特征提取、边缘提取。信号去噪是信号处理中最为常见的,经典的信号去噪方法如纯时域法、纯频域法、Fourier变换、加窗Fourier变换等各自有其应用的局限性。小波变换是20世纪80年代发展起来的一种新的时频联合分析方法,它在时域和频域都具有良好的局部化特性,在信号去噪中小波变换得到了广泛的应用。本文将小波分析引入钢铁材质检测中,充分利用它在处理非平稳信号上的优势,从而得到传统的Fourier变换所不能提取的信号。由于电磁无损检测对多种参数的敏感反应,必须消除检测过程中的多种干扰因素,并要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前检测系统中或者没有滤波系统或者只是简单的滤波器电路,很难满足以上两方面要求。随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展,使用FPGA来实现小波滤波器,既可以满足实时性,又兼顾了灵活性。本论文所做的主要工作如下:1.介绍了小波变换基本理论,分析了小波变换的特点,阐述了多分辨分析和二尺度方程的基本理论和基于正交小波变换的Mallat算法,并介绍了实际工程问题中常用到的小波函数和小波分析在信号处理的实际应用。2.在上述小波理论的基础上,从基于Fourier变换的信号低通滤波去噪方法出发,讨论了基于小波变换的阈值去噪方法,文中在分析传统的软阈值去噪方法和硬阈值去噪方法不足之处的基础上,逐步提出改进的小波阈值函数,并在新的阈值函数下作了基于小波信号去噪的计算机仿真实验。最后对实际采集的信号应用Matlab进行仿真验证。3.根据小波滤波器理论,对双正交小波理论进行了较为深入的研究,在此基础上,分析利用FPGA中流水线的设计思想完成了小波滤波器设计;4.最后在电磁无损检测系统中加入设计的小波滤波器模块,验证了其准确性、灵活性和实时性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 课题的来源及研究的目的和意义  12-13
  1.2 小波分析和电磁无损检测技术的发展现状  13-16
    1.2.1 小波分析的发展历史  13-15
    1.2.2 电磁无损检测技术的发展现状  15-16
  1.3 电磁无损检测技术的瓶颈  16-17
  1.4 课题主要完成的工作及论文内容安排  17-18
第2章电磁无损检测原理及小波变换的基本理论  18-40
  2.1 电磁无损检测技术  18-25
    2.1.1 电磁无损检测的基本概念  18
    2.1.2 电磁检测的基本原理  18-19
    2.1.3 磁导率法检测  19-22
    2.1.4 检测仪的基本组成  22
    2.1.5 电磁无损检测滤波中FPGA 常用设计思想和技巧  22-24
    2.1.6 数字滤波器实现方案的比较  24-25
  2.2 小波分析  25-39
    2.2.1 小波变换  25-26
    2.2.2 连续小波变换  26-28
    2.2.3 离散小波变换与小波框架  28-30
    2.2.4 多分辨分析  30-34
    2.2.5 正交小波快速算法——Mallat 算法  34-37
    2.2.6 常用小波函数介绍  37-38
    2.2.7 小波分析在信号处理中的应用  38-39
  2.3 本章小结  39-40
第3章钢铁材质分选系统和检测信号的去噪处理  40-59
  3.1 钢铁材质分选系统的组成和数字信号的采集  40-43
    3.1.1 钢铁材质分选系统的组成  40-41
    3.1.2 数字信号的采集和分析  41
    3.1.3 信号里噪声的特性与信号去噪性能的评价标准  41-43
  3.2 检测信号的去噪处理  43-47
    3.2.1 基于Fourier 变换的信号去噪  43-44
    3.2.2 基于小波变换的信号去噪  44
    3.2.3 小波信号去噪问题的一般描述  44-46
    3.2.4 基小波和小波分解层数的选择  46-47
  3.3 基于阈值的小波去噪方法  47-55
    3.3.1 阈值的选择  47-49
    3.3.2 软、硬阈值去噪方法  49-52
    3.3.3 阈值函数的一种改进方案  52-53
    3.3.4 新阈值函数的Matlab 仿真  53-55
  3.4 实际采集信号的MATLAB 测试  55-58
  3.5 本章小结  58-59
第4章基于小波分析的滤波器的硬件实现  59-77
  4.1 引言  59
  4.2 小波滤波器的设计  59-70
    4.2.1 滤波器采样定理  59-62
    4.2.2 多采样率信号处理的一些基本关系  62-63
    4.2.3 双正交小波  63-70
  4.3 利用VERILOGHDL 语言实现以上功能的算法建模  70-72
  4.4 定制ROM  72
  4.5 用VERILOGHDL 进行数据流建模  72-73
  4.6 验证仿真  73-74
  4.7 小波滤波器应用于电磁无损检测系统  74-76
  4.8 本章小结  76-77
结论  77-79
参考文献  79-83
攻读学位期间发表的学术论文  83-84
致谢  84

小波分析在钢铁材质无损检测中的应用

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