基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的短時分形維數(shù)增強法，對信號進行“分幀”處理后利用分形維數(shù)設(shè)計可變的平滑系數(shù)實現(xiàn)噪聲濾波作用的增強，從而實現(xiàn)了對含噪信號的實時更新，提高了信噪比，提高了信號識別率。
【專利說明】基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】:
本專利涉及聲發(fā)射檢測技術(shù)及現(xiàn)代信號處理技術(shù)，設(shè)計了短時分形維數(shù)增強法的信號去噪算法，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)射信號去噪研究。
[0002]【背景技術(shù)】:聲發(fā)射技術(shù)對常壓儲罐腐蝕狀況進行在線監(jiān)測評估是目前的研究熱點。其機理就是利用固定在儲罐外壁的聲發(fā)射傳感器(主要是壓電類)監(jiān)測非清罐條件下儲罐腐蝕過程中產(chǎn)生的應(yīng)力波,通過接收到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)進行處理、分析后,評估罐底的腐蝕狀態(tài)，從而安排維護計劃，降低成本，確保儲罐的安全。
[0003]罐底鋼板腐蝕聲發(fā)射信號(Corrosion Acoustic Emission)實際檢測過程中，由于現(xiàn)場環(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，如果無法對噪聲進行有效的處理，那么聲發(fā)射檢測結(jié)果的可靠性和準確性將無法得到保證，所以聲發(fā)射檢測過程中，噪聲處理是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是聲發(fā)射檢測技術(shù)進一步發(fā)展的瓶頸。
[0004]在本方案設(shè)計之前，常用的罐底腐蝕聲發(fā)射信號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。但當噪聲水平較高的時候，小波變換噪聲分解系數(shù)和信號分解系數(shù)難以區(qū)分，這對于短時瞬態(tài)突變的聲發(fā)射信號尤其明顯；小波基函數(shù)的選擇目前尚無標準，得到的結(jié)論穩(wěn)定性較低。
[0005]聲發(fā)射信號是幅值、頻率豐富的多模態(tài)信號，從幅值和頻率上進行去噪是極其困難的。離散分數(shù)余弦變換(DCT)方法是通過檢測各個時間窗內(nèi)信號整體幅值的變化來捕捉信號變化情況，而不是去捕捉與噪聲同一個數(shù)量級的信號突變，因此對噪聲不敏感，在語音增強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進行聲發(fā)射信號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分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其目的是根據(jù)每一‘幀’含噪信號變化程度的不同實現(xiàn)實時去噪，提高信噪比，提高信號的識別率，從而解決以往的方法效果不理想的問題。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其特征在于:該方法通過對信號進行“分幀”處理后利用分形維數(shù)設(shè)計可變的平滑系數(shù)實現(xiàn)濾波作用的增強，提高信噪比，提高離散分數(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)射信號的提取與預(yù)處理:
①、建立鋼板腐蝕聲發(fā)射檢測實驗裝置，獲取腐蝕信號；
②、在連續(xù)腐蝕聲發(fā)射信號上疊加白噪聲、有色噪聲、粉紅噪聲信號；
(2)、將信號分為k巾貞，計算第k幀第i個頻率點的聲發(fā)射信號譜
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個頻率點，并對進行濾波；
對腐蝕聲發(fā)射信號進行分數(shù)階為a的3周期離散分數(shù)余弦傅里葉變換
【權(quán)利要求】
1.一種基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其特征在于:該方法通過對信號進行“分幀”處理后利用分形維數(shù)設(shè)計可變的平滑系數(shù)實現(xiàn)濾波作用的增強，提高信噪比，提高離散分數(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)射信號的提取與預(yù)處理: ①、建立鋼板腐蝕聲發(fā)射檢測實驗裝置，獲取腐蝕信號； ②、在連續(xù)腐蝕聲發(fā)射信號上疊加白噪聲、有色噪聲、粉紅噪聲信號； (2)、將信號分為k幀，計算第k幀第i個頻率點的聲發(fā)射信號譜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個頻率點，并對Xa (k)進行濾波； 對腐蝕聲發(fā)射信號進行分數(shù)階為a的3周期離散分數(shù)余弦傅里葉變換
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其特征在于:所述的采樣頻率為5MHz，實驗一共選取了 8192點，共分為64幀，分幀時每幀的幀長為128個采樣點。
3.根據(jù)要求I所述的基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其特征在于:所述的噪聲為白噪聲、有色噪聲和粉紅噪聲，可分別模擬原油儲罐所收到的電磁噪聲、汽車駛過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所述的基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其特征在于:分數(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所述的基于短時分形維數(shù)增強法的鋼板腐蝕聲發(fā)射信號去噪方法，其特征在于:建立腐蝕聲發(fā)射檢測實驗裝置的具體方法為: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，通過聲發(fā)射傳感器提取腐蝕聲發(fā)射信號。
【文檔編號】G10L21/0208GK103854658SQ201210498535
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】于洋, 張雯雯, 楊平 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)