专利名称：复小波变换法提取陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波信息的制作方法
复小波变换法提取陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波信息技术领域：
本发明涉及一种复小波变换法提取陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波信息技术。二、背景技术
通过有效的信号处理手段，对多模式超声导波信号中的模式数量、种类以及能反映缺陷信息的特征量进行提取，并以此作为定量评价缺陷信息的依据，是超声导波检测中的关键技术。信号处理方法是缺陷量化的基础，直接决定了检测精度。超声导波具有频散特性，是典型的非平稳信号，单独使用时域分析和频域分析都不能充分描述非平稳信号的特性，因此，需要使用时频分析方法对导波信号的时频域联合特性进行分析。通过对多模式导波信号的分析来提取缺陷信息属于对导波波动反演的范畴，其实质是通过含信息信号反推实际情况，适用于复合材料中超声导波传播机理尚未被完全揭示的情况。
对特定类型缺陷，不同模式的导波具有不同的敏感性，因此，在利用导波进行缺陷检测时选择合适的模式对于提高检测精度是十分重要的。而导波的主要特点就在于它的多模式和频散特性，导波在传播过程中与缺陷和试件边界作用时会发生模式转换现象，信号中模式的数量和种类包含了缺陷信息，因此，进行准确的超声导波信息提取是超声导波无损检测的基础。
小波分析方法是一种时频窗口大小固定但其形状可变化，时间窗和频率窗都可改变的时频域局域化分析方法，即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率， 在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，所以被誉为数学显微镜。正是因为良好的时频局部化特性和多尺度分析的功能，小波变换具有分析非平稳信号的自适应能力。复Gaussian小波能从幅值与相位两个角度提取被分析信号的信息。对信号采用复小波基函数进行复小波变换后，其相位包含了信号在给定复小波基函数下展开后的信息，为信号的分析与特征提取提供了更丰富的信息。三、发明内容
本发明的目的是提出复小波变换法提取陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波信息。
本发明的原理是根据陶瓷基芳纶纤维增强复合板中脱粘缺对应得单模式超声导波传特征参数提取方法，将多模式超声导波信号中提取出的单SO模式信号，采用复 Gaussian小波变换后，提取其包络和相位包信息，为导波信号分析与脱粘缺陷的特征参数提取提供了技术手段。
其特征在于采用复Gaussian小波变换对超声导波信号的包络和相位进行提取， 为表征复合板缺陷的量化导波特征参数的提取以及超声导波层析成像提供了量化基准和成像技术关键灰度值参数。
本发明的优点在于目前最常用的信号包络提取方法是以傅立叶变换为基础的 Hilbert变换，Hilbert变换不具有时频局部化特性，而且抑制噪声的能力较弱。在对含有噪声的导波信号采用Hilbert变换提取包络时，得出的包络形状有较大的波动，不易得到能反映导波信号幅度变化趋势的平滑包络。在对含有噪声的导波信号采用Hilbert变换提取包络时，得出的包络形状有较大的波动，不易得到能反映导波信号幅度变化趋势的平滑包络。而复小波变换具有良好的时频局部化特性，除具有对信号实现正交，提取出信号包络的功能外，还有带通滤波的能力。可将噪声分解到不同的频率通道进行平滑，从而降低噪声的影响，提取出较理想的包络。复Gaussian小波能从幅值与相位两个角度提取被分析信号的信息。对信号采用复小波基函数进行复小波变换后，其相位包含了信号在给定复小波基函数下展开后的信息，为信号的分析与特征提取提供了更丰富的信息。四
图I陶瓷基芳纶纤维增强复合板中典型超声导波信号图
图2陶瓷基芳纶纤维增强复合板中超声导波信号Hilbert变换包络
图3陶瓷基芳纶纤维增强复合板中超声导波信号包络复Gaussian小波变换包络
图4复Gaussian小波变换提取超声导波信号相位图五具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式
进行详细说明
将任意L2(R)空间中的函数f(t)在小波基下展开，将这种展开称为函数f(t)的连续小波变换(Continue Wavelet Transform,简称为CWT),表达式为
WTf (a, b) = (/(0, Wo,b (O) = ￡(I)
其中，^ (t)为基本小波函数，a为尺度或伸缩因子，b为时间或平移因子。
从小波变换的表达式可知，小波变换的本质是将基本小波函数W (t)时域平移b 后，再在不同的尺度a下与待分析信号f(t)做内积。因此，小波变换可以灵活的变化时间-频率窗，时间窗伸展时，频宽收缩，带宽变窄，频率分辨率增高；而与之相反，时间分辨率增高时，频率分辨率降低，这恰恰符合实际问题中高频信号的持续时间短，低频信号持续时间长的自然规律。因此，与固定窗函数的短时傅立叶变换相比，小波在时频分析领域有其独特的优点。
复Gaussian小波是从复高斯函数/(X) =p阶导数派生而来的。其中P是整数，Cp是使得I I f(p> N2 = O的常数，f(p)是f 的p阶导数派。
图I为典型的陶瓷基复合板中的超声导波信号，从图中可以看出信号中含有大量的随机噪声，信噪比较低。对图I中含噪声导波信号分别做Hilbert变换和复Gaussian小波变换提取包络，得到图2和3所示信号包络。比较Hilbert变换和复Gaussian小波变换提取的包络图形可以看出，Hilbert变换对导波信号中噪声的抑制能力较弱，使得Hilbert 法得出的包络形状有很大的波动；而复Gaussian小波变换可以较好抑制噪声，得到比较满意的包络。
对图I所示导波信号做复Gaussian小波变换后提取相位角，得到导波信号相位图如图4所示
从图4所示导波信号相位图可以看出，导波时域图中15 25 ii s和25 40 ii s 内两个波包的相位角变化规律差异较大，可以确定为不同的模式，为基于不同模式导波信号变化规律的量化检测提供了更丰富的信息。
权利要求
1.本发明涉及一种复小波变换法提取陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波信息技术。目前最常用的信号包络提取方法是以傅立叶变换为基础的Hilbert变换， Hilbert变换不具有时频局部化特性，而且抑制噪声的能力较弱。在对含有噪声的导波信号采用Hilbert变换提取包络时，得出的包络形状有较大的波动，不易得到能反映导波信号幅度变化趋势的平滑包络。在对含有噪声的导波信号采用Hilbert变换提取包络时，得出的包络形状有较大的波动，不易得到能反映导波信号幅度变化趋势的平滑包络。而复小波变换具有良好的时频局部化特性，除具有对信号实现正交，提取出信号包络的功能外，还有带通滤波的能力。可将噪声分解到不同的频率通道进行平滑，从而降低噪声的影响，提取出较理想的包络。复Gaussian小波能从幅值与相位两个角度提取被分析信号的信息。对信号采用复小波基函数进行复小波变换后，其相位包含了信号在给定复小波基函数下展开后的信息，为表征复合板缺陷的量化导波特征参数的提取以及超声导波层析成像提供了量化基准和成像技术关键灰度值参数。
2.根据权利要求I所述的陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波包络信息提取方法，其特征在于利用复小波变换良好的时频局部化特性和带通滤波能力，更好的提取出单模式导波信号包络。
3.根据权利要求I所述的陶瓷基芳纶纤维增强复合板中多模式超声导波基于相位提取的模式识别方法，其特征在于对多模式超声信号采用复Gaussian小波基函数进行复小波变换后，其相位包含了信号在给定复小波基函数下展开后的信息，不同的导波模式表现为不同的相位分布，可据此实现导波模式识别，为超声信号的分析与特征提取提供了更丰富的信息。
全文摘要
本发明涉及一种复小波变换法提取陶瓷基芳纶纤维增强复合板中单模式超声导波信息技术。目前最常用的Hilbert变换不具有时频局部化特性，而且抑制噪声的能力较弱。而复小波变换具有良好的时频局部化特性，除具有对信号实现正交，提取出信号包络的功能外，还有带通滤波的能力。可将噪声分解到不同的频率通道进行平滑，从而降低噪声的影响，提取出较理想的包络。对信号采用复小波基函数进行复小波变换后，其相位包含了信号在给定复小波基函数下展开后的信息，为表征复合板缺陷的量化导波特征参数的提取以及超声导波层析成像提供了量化基准和成像技术关键灰度值参数。
文档编号G01N29/44GK102539542SQ20111036033
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者周世圆, 孟凡武, 徐春广, 潘勤学, 肖定国, 许寒晖, 赵新玉, 郝娟 申请人:北京理工大学