基于经验模态分解的管道超声回波信号识别

基于EMD和小波熵阈值算法的超声回波信号降噪作者：杜必强孙立江来源：《中国测试》2017年第01期摘要：超声检测信号中通常包含大量噪声，而其中材料晶界散射的噪声是一种相关噪声。

鉴于传统的方法难以将这种噪声和缺陷回波信号区分，提出一种EMD和小波熵阈值联合降噪的算法。

该算法首先对目标信号进行EMD分解，提取具有噪声特性的IMF分量进行小波分解，利用含噪系统熵增的特性，在分解各尺度层的细节部分选用小波熵自适应阈值降噪，然后将剩余分量和降噪处理后的信号进行重构。

仿真信号结果表明：该降噪方法（EMD-WET）输出信号的信噪比（SNR）为7.9 dB、均方根误差（RMSE）为18.1、相似系数（NCC）为0.92，优于传统的小波软、硬阈值方法。

对实测信号进行处理，该方法降低信号中的大部分噪声，更好地还原回波信号的波形。

关键词：超声检测；降噪；小波熵；经验模态分解文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2017）01-0101-05收稿日期：2016-06-18；收到修改稿日期：2016-07-25基金项目：中央高校基本科研业务费项目（2014MS118）作者简介：杜必强（1974-），男，江西吉安市人，副教授，博士，研究方向为旋转机械故障诊断、机器人标定及无人飞行器。

引言在现场超声检测中，技术人员通常根据回波信号来判断被检测对象是否存在缺陷。

作为一种典型的非线性、非平稳信号，回波信号本身含有许多突变成分，包含大量的有用信息，但超声波在材料晶界散射引起的微结构噪声以及采集仪器的散射噪声都会使回波信号包含大量噪声，严重干扰有用信号特征的提取，影响检测结果。

因此，采用有效的信号处理方法抑制回波信号携带的各种噪声，提高信噪比，有利于下一步对缺陷回波信号的特征提取，模式识别。

近年来，对非线性、非平稳信号降噪的方法有：EMD阈值去噪、小波阈值去噪、EMD和小波阈值联合去噪等。

李秋锋等[1]采用EMD对粗晶材料超声检测信号进行了去噪方法研究，取得了一定的效果。

压力管道超声波检验根部反射波的识别与判定天津市众元天然气工程有限公司朱岩李海摘要：根据管道行业大径焊口（直径≥168mm）的特点，介绍了超声波检验时根部区域反射波的类型，对反射波的静态和动态波形进行了分析，提出了根部缺陷反射波的识别与判定方法。

关键词：大径焊口超声波检验根部区域反射波的识别与判定1、大径焊口特点及根部区域反射波类型压力管道行业大径管线规格、形式、种类比较多，管道对接焊缝为单面焊双面成型，常见的坡口形式有：V型、U型、双V型、综合型，根部的结构形式与设计的规定尺寸常常存在一定误差，尤其是现场加工坡口形式尺寸的误差，对超声波检测根部缺陷情况的判定产生了一定的技术难度。

焊缝超声波检验时，根部区域的反射波是比较多且比较复杂的，产生焊瘤、内凹、咬边、裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等缺陷反射波。

检测时会因为根部区域的局部不规则性、不连续性，产生根部内表面结构的反射波。

这些反射波在超声波检测中的静态波形以及动态波形是千变万化的。

所以，如何识别和判定这些反射波对检测结论就显得非常重要。

2、根部区域反射波的识别与判定要比较准确识别分析、判断反射波的种类，必须对反射波的位置、反射波的静态和动态波形比较准确的掌握，这涉及到对所使用的探头有关参数的准确掌握。

又考虑到单焊双面成型焊缝根部会遇到未焊透等缺陷，其反射特征与端角反射相似，为提高对不同缺陷反射率，应选择不同角度探头来核对不同类型的反射波的静态和动态波形。

2．1根部焊缝反射波的识别与判断2.1.1 正常焊缝根部反射波正常焊缝的根部对超声波的反射情况可以通过反射波的位置定位，来判断根部的透过情况，如图1所示。

在焊缝两侧探测，反射波的水平距离定位点相互交叉，反射波在显示屏出现位置偏向焊缝中心线对侧，反射波的深度显示值略大于母材厚度。

其包络波形比较圆滑，反射波幅较低，有时没有波，左右移动时反射波峰变化很小。

图1符合要求的焊缝反射波2.1.2未焊透反射波氩弧焊打底时焊缝根部未焊透缺陷比较少，但由于坡口加工不良，钝边太厚或一侧厚一侧薄，加上焊接电流太小或焊接操作方法不当时，也会产生未焊透缺陷。

基于改进的经验模态分解方法的热网管道泄漏检测方法李宏;申瑞琦【摘要】管道泄漏检测技术是保障管道安全生产的重要手段.为了延长管道使用寿命、及时发现和处理管道泄漏事故,通常采用基于声波检测的管道泄漏检测方法.对基于声波检测的热网管道泄漏检测方法进行了研究.对经验模态分解方法进行了分析,针对其存在的端点效应问题提出了一种改进的方法,经过仿真实验和性能对比,验证了方法的有效性和优越性.将这种改进的EMD算法应用在热网管道泄漏检测中,取得了较好的管道信息处理效果.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)026【总页数】4页(P224-227)【关键词】泄漏检测;经验模态分解;端点效应【作者】李宏;申瑞琦【作者单位】东北石油大学电气信息工程学院,大庆163318;东北石油大学电气信息工程学院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TH165.3;TN911.6管道设备用于输送流体具有便于管理和控制，同时成本费用又较为低廉［1，2］。

基于以上优点，近年来管道运输及管道安全已经成为社会和经济的发展命脉。

但由于长时间的运行磨损、设备的自然老化、地理和气候环境的变化以及人为损坏等原因，管道泄漏故障也时有发生。

为了能在最短时间内对管道泄漏事故进处理，减小其造成的各种损失，管道泄漏检测技术应运而生。

在现阶段，又对管道泄漏检测提出了提高定位精度、检测小泄漏信号、降低误报警率等新的要求。

声波检测法［3］与传统的负压波法、质量/体积平衡法、瞬态模型法等相比具有灵敏度高、定位精度高、误报率低，维护费用低、适应性强等优点。

其工作原理是采集管道发生泄漏时管内流体与管壁摩擦震动产生的声波信息，对其进行算法分析从而判断管道是否发生泄漏。

经验模态分解算法在处理非线性非平稳信号序列方面有着非常明显的优势［4，5］，它可以对一个信号同时将不同尺度(频率)的波动或趋势逐级分解开来，产生一系列具有不同特征尺度的数据序列称为本征模函数。

测控技术与仪器专业毕业设计题目汇总【本文由大学生电脑主页( )收集整理，大学生电脑主页——大学生的百事通】基于遗传算法的图像阈值分割方法的研究探地雷达回波信号数据采集系统的设计基于支持向量机软测量的研究盲信号处理及其应用研究神经网络在模式识别中的应用研究计算机绘制曲线的方法途径与及其应用光纤布喇格光栅温度和应变同时测量系统光纤加速度传感研究与系统设计分布式光纤温度传感器系统的设计等精度频率计的设计分布式光纤电压测量系统的设计与研究光纤光栅不均匀受力特性分析轧机扭振测量无线感应电源的设计水泥篦冷机熟料温度测量方法的研究分布式光纤微弯压力传感器的研究水泥篦冷机料层厚度测量方法研究超声波水流量计的设计基于小波理论的图像压缩技术研究基于信号消噪的语音增强技术的研究光纤小波滤波器的研究智能变频空调器的模糊控制技术的研究高双折射光纤应变测量系统的研究玻璃钢玻瓦生产线温度控制方法的研究测试信号分析网络虚拟实验平台设计数字图像相关法动态位移测量研究及其应用光孤子通信的仿真研究光纤自适应偏振模色散补偿系统的研究基于Sagnac效应的光纤电流传感系统的研究图像处理中几种算法的研究与应用倒立摆智能模糊控制系统的研究基于网络环境的数字信号处理ICAI系统图像边缘检测在关节镜图像处理中的应用光纤波长扫描干涉方法在位移测量中的应用光纤光栅扭转传感器的研究基于信息熵的振动信号分析技术研究参数自整定模糊PID控制器的设计基于FPGA的分布式声表面波应变传感系统智能模糊控制在全自动洗衣机中的应用研究ABS系统的应用与设计光孤子源的研究取样光栅特性的理论研究智能化RLC测量仪的设计基于虚拟仪器的光纤电压传感器的研究智能测厚仪的设计光纤光栅横向应变传感器的研究神经网络控制器设计光纤光栅特性及其色散特性的应用神经网络在轧机AGC系统中的应用研究光纤微位移传感器的研究基于偏振调制的光纤电压传感器的研究数据处理在三维图像显示及处理中的应用基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究取样光纤布喇格光栅滤波器的设计热式气体质量流量计的设计扭转光纤电流传感器的研究几种基本光学原理的仿真分析图像处理中各种显示方法的研究与应用光谱吸收式气体传感器的研究与设计表面粗糙度的光纤测量仪研究与设计原油多相流流量测量仪的研究与设计光学式电流互感传感器的研究与设计变压器油中微水含量测量仪的设计与研究光纤亮度与颜色温度测量仪的研究与设计激光在线测径仪的研究与系统设计用于高温状态下的涡流式流量传感器及其系统的设计压电传感器即插即用技术的研究激光三角法测厚系统的设计准静态电荷放大器的设计激光脉冲测距系统的设计基于牛顿环的透镜曲率半径自动测量系统的设计基于CCD的玻管尺寸测量系统的设计激光表面粗糙度检测系统的设计CCD平板位置检测系统的设计便携式多功能测尘仪的研制成分含量近红外快速检测技术及系统的研究基于声光传感技术的楼道照明系统的研究近红外光谱分析在药品识别中的应用研究便携式井下甲烷浓度检测仪器的设计多传感器火灾报警系统的设计智能化压力传感器的研究储粮仓群微机测温系统的研究智能化水平仪的研究与设计数据融合在压力容器声发射检测中的应用玻璃厚度激光在线监测系统的研究基于PLC的污水处理系统的研究给排水系统研究在机测量与反求系统的研究智能仪表的设计及CAN总线接口技术研究红外热辐射温度测量系统设计与研究基于热电偶的温度测量系统的设计与研究基于石英晶体温度传感器的温度测量系统设计与研究吊车防撞报警系统的设计与研究差动电容压力测量系统设计与研究数字式汽车参数测试系统设计与研究粮食含水率测量系统设计与研究非导磁材料镀层厚度检测系统设计与研究超声海水流速测量系统研究海水温度检测系统的研究海水浪高测量系统的研究海水流速测量系统研究海水噪声测量系统研究海水浪涌压力测量系统研究基于混沌理论的微弱信号检测研究小波分析在奇异信号检测中的应用研究声光器件参数测量系统研究便携式数字化超声波检测仪器的设计与研究超声波在火车车轮裂纹检测系统中的应用研究正交矢量型锁相放大器在微弱信号检测中的应用基于经验模态分解的旋转机械故障诊断的研究信息融合技术在轧机故障诊断中的应用研究基于小波神经网络的旋转机械故障诊断的研究激光多普勒扭转振动测试技术的研究轧机主传动轴在线监测系统研究非接触式轧机主传动系统扭矩监测系统的研究单晶硅吸收型光纤温度传感器的设计研究光纤传感位移测量系统设计超声波智能硬度检测仪的设计粮食烘干塔中温度水分智能检测系统设计在线无创伤植物水势自动监测仪的设计研究虚拟仪器在供水网络监控与故障诊断中的应用掺稀土光纤光源传感器测量可燃气体的研究组态软件在换热系统虚拟成像中的应用基于虚拟仪器的锅炉模糊控制系统的研究基于虚拟仪器的供热多路巡回检测系统基于虚拟仪器的多功能测量系统的研究图像处理技术在人脸识别中的应用研究数据压缩技术在遥测遥控系统中的应用用于面粉品质检测的吹泡示功仪的研究与设计可吸入颗粒物监测系统的设计办公用门禁系统的研究与设计粮食筒仓温控系统的研究与设计双自整角机角度测量系统的设计基于热电偶的智能测温系统的设计温湿度测量系统的研究与设计轿车自动变速系统的研究与设计激光微束捕陷生物粒子原理和特性分析指纹认证技术和信号处理方法研究滴定法测量血清HCO3离子浓度原理和设计热力管道流量测量方法及测量系统设计赤潮的生成机制和预报模型研究海水中矿物油污染浓度荧光测量方法和仪器设计汽车尾气排放检测仪的设计非接触式表面粗糙度测量系统的设计工件直线度在线测量系统的研究与设计激光干涉式微位移测量系统的研究与设计烟尘颗粒浓度在线监测系统的设计基于CCD的小尺寸测量系统的研究与设计光纤布喇格光栅曲率传感技术的研究LED宽带光源的设计研究光纤光栅电流传感技术的研究光纤光栅电压传感技术的研究基于温度补偿技术的光纤光栅位移传感器的设计研究热释红外线无线报警系统的设计研究热释红外卫生间节水控制器的设计研究光纤光栅温度传感器的设计研究汽车轮胎运行状态的监测研究基于超声波技术的避障检测系统的研究锥度检测仪的设计驾驶员疲劳状态的视频监测的研究呼吸次数和心率的测量研究基于FPGA的图像边缘检测的研究电机运行监测仪的设计传送带运行状况监测的研究基于霍尔元件的钻机转盘扭矩测量系统的研究智能压力传感器系统的研究高压开关柜触点温度在线监测技术的研究基于霍尔传感器的金属管转子流量测量的研究基于单片机构成环境温湿度实时测控系统的研究高压容器超声波液位检测系统的研究电子舌及其应用的研究人工嗅觉系统的研究与设计光纤光栅应力传感系统的研究超声硬度检测仪的研究与设计超声波流量计的研究【本文由大学生电脑主页( )收集整理，大学生电脑主页——大学生的百事通】。

专利名称：一种基于变分模态分解的超宽带雷达回波信号预处理方法
专利类型：发明专利
发明人：齐庆杰,杨桢,赵尤信,程继明,王海燕,程会峰
申请号：CN202011560160.3
申请日：20201225
公开号：CN112613595A
公开日：
20210406
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本公开关于一种基于变分模态分解的超宽带雷达生命回波信号处理办法，包括以下步骤：通过超宽带雷达生命探测仪获取回波信号；针对采集到的回波信号的特点，应用遗传变异粒子群寻优算法，对变分模态分解的重要参数α和K进行优化；应用优化得到的参数α和K对原始信号进行VMD分解；在K个IMF分量中根据雷达发射机发出信号的中心频率大小选择出对应的可用于信号重构的IMF分量，并进行信号重构；以及对重构得到的信号进行简单的滤波处理，凸显出信号的本质特征，弱化噪声干扰，得到最终输出信号。

由此，根据采集到的回波信号特点，实时确定对应变分模态分解的两个重要参数，实现变分模态的自适应分解，可以适应更多复杂现场。

申请人：煤炭科学研究总院,辽宁工程技术大学
地址：100013 北京市朝阳区和平街13号煤炭大厦12层
国籍：CN
代理机构：北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：王萌
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专利名称：一种基于经验模态分解提取信号微多普勒调制分量的方法
专利类型：发明专利
发明人：王宝帅,刘江洪,宋泉
申请号：CN202010217506.3
申请日：20200325
公开号：CN111537989A
公开日：
20200814
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及信号处理技术领域，公开了一种基于经验模态分解提取信号微多普勒调制分量的方法，首先利用经验模态分解方法将回波中的杂波分量自适应的抑制，然后利用循环移位算法将回波中的平动分量移到多普勒频率为零处，最后再次利用经验模态分解算法将平动分量和微多普勒调制分量自动区分，本发明对微多普勒调制的提取不需要人工参与并且能够保持回波中的多普勒结构信息，从而提升依据微多普勒调制特性进行目标分类识别的正确率。

申请人：中国电子科技集团公司第二十九研究所
地址：610036 四川省成都市金牛区营康西路496号
国籍：CN
代理机构：成都九鼎天元知识产权代理有限公司
代理人：夏琴
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2科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N高 新 技 术近年来,管道应用在世界范围内得到了飞速的发展,在经济建设中发挥着越来越重要的作用,已成为现代工业和国民经济的命脉。

作为管道事故中最经常发生的泄漏事故一旦发生,不仅造成大量物质损失,泄漏的有毒化学物质还带来环境污染,更为严重地是有可能带来的人身伤亡事故。

国内外虽已掌握了管道腐蚀和泄漏的检测技术,但尚难实现大面积、长距离和复杂状态管道的早期裂纹快速检测。

原因是管道状态的复杂、各种裂纹对激励信号的敏感性、回波信号的多模态以及环境噪音的复杂,使得管道在线裂纹检测一直是无损检测领域的技术难点,尚缺乏支撑裂纹检测设备研制的合理技术和方法。

目前检测系统容易检出的缺陷主要是局部腐蚀、冲蚀、机械损伤、成群点蚀以及环向裂纹。

对于均匀腐蚀、个别点蚀、轴向裂纹和焊缝中的小缺陷则不敏感,难以检出,不利于长距离管道的检测,并且也很难利用检测信号区分缺陷类型,且需要设备停机才能检测。

本检测技术通过实时采集的数据,对其进行相关分析,研究管道在线裂纹早期检测的新方法,对我国大面积、高数量可靠使用管道运输有着重要的社会经济意义,同时对于其他设备如压力容器等的状态判定和预测同样具有辐射作用和工程意义。

1 研究与开发内容本检测技术基于小波分析、遗传算法和随机理论,针对复杂工作环境中的管道和多种裂纹形态,运用多模式柱状超声导波技术,对管道进行信号的采集、分析,建立特征参数与状态模式的映射关系,实现对埋藏、涂层、包覆管道等缺陷状态和位置的判别。

研究与开发内容有以下几点。

(1)失效机理。

研究管道的主要失效形式、失效原因和应力分布情况,结合应力疲劳和断裂力学理论,建立管道失效的理论模型,揭示管道裂纹产生的机理,并进行分类。

(2)频散曲线。

在管道中传播的超声导波,其波速随导波频率的变化而变化。

要利用导波进行管道缺陷检测,就必须清楚了解对于特定管道,波速随频率与壁厚之积变化的关系,为实际管道信号采集、分析和判断奠定基础。

doi：10．3969/j．issn．1671-1041．2012．01．019超声导波在管道检测中信息处理分析研究杨帆1，谌贵辉1，谌海云1，宋日生2（1．西南石油大学电气信息学院，成都610500；2．川庆钻探安全环保质量监督检查研究院，德阳618300）摘要：本文主要介绍超声导波检测工作原理以及导波检测中信息处理分析的方法，包括缺陷区域定位和疑似缺陷识别、腐蚀程度判断等。

通过站场的实际操作表明，运用软件分析处理可以标识管道外形明显特征（如焊缝）的位置，能够对架空管道、埋地管道和防腐层、套管内部管道的腐蚀程度做初步判断，对管道维修起到一定指导作用。

关键词：导波检测；管道；信息处理；缺陷识别中图分类号：TE988文献标志码：BInformation processing analysis research of ultrasonic guided wavein the pipeline detectionYANG Fan1，CHEN Gui-hui1，CHEN Hai-yun1，SONG Ri-sheng2（1．Southwest Petroleum University，Institute of Electronic and Information Engineering，Chengdu610500，China；2．Safety Environment Quality Surveillance and Inspection Research Institute，Deyang618300，China）Abstract：This paper mainly introduces the working principle of Ultrasonic guided wave testing and the methods of infor-mation processing analysis，including positioning the defect areas and identifying suspected defects and estimating corro-sion degree and etc．The actual operation shows that using the software to analysis information can identify the position of the obvious characteristics（such as welds）on pipes．It can also make the initial judgment about the corrosion degree of pipes which be elevated or buried，even including those which be wrapped by the anticorrosive coating and oil casing，To a certain extent，it plays a guiding role in pipes maintenance．Key words：guided wave testing；pipeline；information processing；defect identification0引言在油气管道快速检测和完整性评价中，相比其他常规检测方法，超声导波检测技术具有突出优点。

基于经验模态分解与小波分析的超声信号降噪方法刘备;董胡;钱盛友【摘要】经验模态分解(EMD)是目前信号去噪中应用较多的一种方法,但处理与噪声时频特征相近的信号时,该算法存在内蕴模态函数(IMF)混叠现象.本文从信号降噪的角度出发,提出基于经验模态分解与小波分析的超声信号降噪方法,首先利用EMD将信号分解为多个IMF分量,通过计算各分量与信号间的互相关系数判断存在模态混叠现象的过渡IMF,从多个IMF分量辨识出噪声与信号的分界,对过渡IMF 进行小波去噪,去除过渡分量中的噪声;然后将去噪后的过渡分量IMF与其后续分量进行信号重构,得到去噪后的信号.为了验证所提方法的有效性,本文分别以含噪bumps信号和实际超声信号为例,将该方法与其它4种去噪方法进行了对比.实验结果表明:EMD结合小波法优于单独小波法,而本文方法进一步提高了EMD方法的去噪能力,为EMD去噪方法的改进提供了新思路.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2018(032)005【总页数】7页(P422-428)【关键词】去噪;经验模态分解;互相关系数;小波;超声信号【作者】刘备;董胡;钱盛友【作者单位】湖南师范大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410081;湖南师范大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410081;湖南师范大学物理与电子科学学院,湖南长沙 410081【正文语种】中文【中图分类】TN9110 引言经验模态分解对数据有着良好的自适应性，能够对非线性、非平稳性信号进行线性化和平稳化处理，并在分解的过程中保留数据的本身的特性， EMD方法无须预先设定任何基函数，这一点与建立在先验性小波基函数上的小波分解方法有本质的区别. 利用EMD的分解，将信号从高频到低频依次分解得到多级IMF分量，选择性地选取需要的IMF分量并对其进行信号重构，从而得到去噪后的信号. 如今国内外专家已将其应用于各种信号噪声压制，例如地震噪声压制、煤岩冲击破坏信号去噪、机械故障诊断等领域[1-6]，取得了较好的应用效果. 但是在实际应用中发现，在处理与噪声时频特征相近的信号时， EMD分解存在模态混叠的现象，即有些IMF分量仍然是信号与噪声共存. 虽然后续又提出了改进版本的总体平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition， EEMD )[3]，杨辉等人也提出了经验模态分解与小波相结合(EMD-小波)的去噪方法[5]，即直接剔除代表高频噪声的imf1分量，对其余的IMF分量采用小波去噪之后再累加重构得到去噪后的信号，但仍然无法消除信号与噪声模态混叠的问题. 为了解决EMD去噪中模态混叠的问题，提高超声信号的去噪效果，本文提出了一种基于经验模态分解与小波分析的去噪方法，旨在达到更好的信号去噪效果.1 算法原理1.1 经验模态分解EMD能将信号自适应地分解成不同时间尺度的IMF分量，分解得到的IMF分量必须满足两个条件[6]：① IMF中极值点的个数与过零点的个数相等或不超过1个；② 由极大值与极小值确定的包络线均值为零；设信号为x(t)，则EMD分解成一系列的IMF分量后可表示为(1)式中： imfi(t)为第i个IMF分量； r(t)为分解残余项. 分解得到的IMF分量按高频到低频顺序排列，将EMD方法应用至信号降噪中，通常把高频的IMF分量作为噪声剔除，对余下的IMF分量进行重构，即可实现去噪. 但由于IMF中存在信号与噪声模态混叠现象，简单重构IMF分量可能导致去噪效果不佳[1].1.2 互相关系数对含噪信号进行EMD分解得到多个IMF分量; 然后计算得到各IMF分量与噪声信号的互相关系数，式(2)是本文的互相关系数定义.(2)式中： N为采样点数； x(t)为含噪信号； imfi(t)是第i个IMF分量，且再根据各IMF分量与噪声信号之间的互相关系数，找到出现第一个互相关系数局部极小值的imfk，那么imkk+1可被认定为模态混叠分量，前k个IMF为噪声分量，可直接去除. 对imfk+1进行进一步去噪得到将与剩余分量重构，从而得到去噪后的信号[4].1.3 小波去噪小波变换实际上是对函数的分解，小波变换具有带通的功能，即可以利用小波变换将原信号分解成不同频率的信号，每个频率带互不重叠，所分解的频率区间包含了原函数的所有频段. 由于信号中的有用部分与噪声具有不同的时频特性，进而小波去噪主要包括以下3个基本步骤:1) 选择合适的小波基函数及其分解层次，同时计算每层小波的分解系数；2) 针对每一分解层次选择一个阈值对高频系数进行处理，去除集中在高频部分的噪声成分；3) 针对每个分解层次，对低频系数和阈值量化处理后的高频系数进行小波重构，获得去噪后的信号.选择不同的小波函数及其不同分解尺度对加噪后bumps信号进行去噪，采用式(3)的信噪比SNR对去噪效果进行定量分析，信噪比SNR的计算表达式为(3)式中： Sn为原信号；为降噪后信号； N为采样点数；对比sym8， Haar与db7等3种小波基的小波去噪效果[7]发现：采用sym8小波基对加噪后bumps 信号进行分解，当分解尺度为7时，利用启发式SURE阈值选择法[8-10]对信号去噪得到最佳结果. 同时本文采用相对能量比判断去噪后信号与原始信号的相似程度，式(4)给出了信号能量计算公式， x(t)为信号幅值， N为采样点数(4)则降噪之后的信号与原始信号的相对能量比公式可定义为(5)式中： E表示原始信号能量； E0为去噪后信号能量.2 实验方法与结果2.1 加噪信号去噪以加入5 dB的高斯白噪声的bumps信号(信号长度为1 024)EMD去噪为例，加入噪声前后的bumps信号波形及其频谱如图 1 所示. 采样频率为100 Hz，对图1(b)中的加噪bumps信号进行EMD分解，得到的前8个IMF分量如图 2 所示.图 1 加噪前后bumps信号波形及其频谱Fig.1 Bumps signal and its frequency spectrum before and after adding noise图 2 经验模态分解结果Fig.2 Empirical mode decomposition results根据式(2)，计算图1(b)中加噪bumps信号经EMD分解后的各IMF分量与加噪信号之间的互相关系数，计算结果见表 1.表 1 各IMF分量与bumps含噪信号的互相关系数Tab.1 The cross correlation coefficients between each IMF component and the bumps signalIMFIMF1IMF2IMF3IMF4IMF5IMF6IMF7IMF8R0.498 00.297 40.300 10.299 00.248 40.232 80.197 80.089 1根据本文中介绍的过渡IMF辨识方法，确定imf3为过渡IMF分量，采用1.3节中的小波去噪方法对过渡分量imf3去噪，得到imf3降噪后的分量如图 3 所示. 图 3 中得到的与测试得到的bumps原始信号频谱较为一致，且信号波形清晰. 将与imf4及之后的分量进行累加重构，得到最终的降噪信号. 对比包含过渡imf3(保留过渡分量)、去除过渡分量imf3、小波去噪以及EMD-小波去噪方法的去噪结果，采用式(3)的信噪比SNR、式(2)的互相关系数R以及式(5)的相对能量比Esn 3种指标定量分析各种方法的去噪效果. 信噪比SNR越大，去噪效果越好；去噪后信号相对于原始信号的互相关系数R越大或相对能量比越小，代表去噪后信号与原始信号更接近，表 2 为不同去噪方法效果比较.表 2 不同去噪方法效果比较Tab.2 Comparison of different denoising methods去噪方法SNR/dB 相关性系数R相对能量比Esn保留过渡分量5.460.880.22EMD-小波去噪7.320.900.16去除过渡分量7.46 0.910.07小波去噪7.15 0.900.19本文方法8.280.940.08从表 2 可以看出：对比几种去噪方法，本文方法去噪后信号的信噪比与互相关系数指标最高，分别达到8.28和0.94. 去除过渡分量的去噪方法相对能量比很低，说明了过渡分量imf3含有较多噪声，直接保留会使得去噪效果不佳. 而根据分量的波形及其频谱可见：去噪后得到的分量对于信号的重构过程比较重要，故本文方法将其保留并与其后续分量进行信号重构. 图 4 为本文方法去噪后的bumps信号波形与频谱，综合3种评价指标结果和图 4 来看，本文方法在有效保留原信号的同时做到尽可能消除噪声，与原始bumps信号最接近.图 3 小波去噪前后过渡分量imf3和及频谱Fig.3 Transition component imf3 and and their frequency spectrum before and after wavelet denoising图 4 本文方法去噪后波形与其频谱图Fig.4 The denoised signal waveform and its spectrum in this paper2.2 实际超声信号的去噪结果1 MHz的超声信号透过生物媒介后的波形及其频谱如图 5 所示，明显可见：透过生物媒介接收到的超声信号的主频主要分布在1MHz左右，但含有较多高频噪声，因此要对含噪信号做去噪预处理.图 5 实际超声信号及其频谱Fig.5 Actual ultrasonic signal and its spectrum 生物组织透射法接收的超声信号经过EMD方法分解后可以得到按高频至低频的多个IMF分量，这些IMF分量的主频表现得比较集中，这对模态混叠的IMF分量进行小波去噪滤除噪声是比较有利的. 利用EMD的这项优势，使本文提出的EMD去噪方法适用于处理超声信号. 根据1.2节中所述方法，通过计算EMD分解得到的各IMF与超声信号之间的互相关系数，选取imf4作为过渡分量，并对其做小波去噪，过渡分量imf4去噪前后波形及频谱如图 6 所示. 利用所述方法对实际超声信号进行去噪，去噪后信号及其频谱如图 7 所示. 分析图 7 发现：去噪后信号接近主频为1 MHz的正弦波，利用本文去噪方法，可有效降低模态混叠分量的影响，提升超声信号的去噪效果，为HIFU治疗的疗效评价提供洁净信号支持. 由于实验采集的超声信号，其对应的真实信号很难获得，因此采取去噪后信号相对于频率为1 MHz 的超声正弦波信号的互相关系数来评价去噪效果. 互相关系数越小去噪效果越好，反之则差. 本文方法去噪后信号相对于上述正弦波信号的互相关系数高达0.98，且信号幅值没有失真.图 6 小波去噪前后的过渡分量imf4与及其频谱Fig.6 Transition component imf4 and and their frequency spectrum before and after wavelet denoising 图 7 本文方法去噪后波形及频谱Fig.7 The denoised signal waveform and its spectrum in this paper3 结论本文在经验模态分解的基础上，通过观察各模态分量与原信号间的互相关系数的变化，可以有效识别出存在一定模态混叠问题的过渡分量(含有噪声和有用信号)，在一定程度上有效去除了过渡分量中包含的噪声成分，为之后的信号重构提供相对纯净的信号分量. 以加噪信号和实际超声信号的去噪为例，对比不同方法去噪之后的信号波形以及频谱分析，定性说明了本文方法的可行性；通过对比各种方法去噪之后的参数指标，定量证明了本文方法的合理性和有效性. 互相关系数在EMD去噪中的应用进一步改进了EMD去噪方法，能较好地处理信号模态混叠噪声，可尝试将本文方法应用于其它类信号去噪，具有较为广阔的应用前景.参考文献：【相关文献】[1]李月, 彭蛟龙, 马海涛, 等. 过渡内蕴模态函数对经验模态分解去噪结果的影响研究及改进算法[J]．地球物理学报， 2013, 56(2)： 626-634.Li Yue, Peng Jiaolong, Ma Haitao, et al. Influence of the transitional intrinsic modal function on the denoising results of empirical mode decomposition and the improved algorithm[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013， 56(2)： 626-634. (in Chinese)[2]姬忠校，马彩文. 光纤陀螺基于SNR检测的EMD滤波方法[J]. 压电与声光， 2012， 34(6)：831-833.Ji Zhongxiao， Ma Caiwen. EMD filtering method based on SNR detection for fiber optic gyro[J]. Piezoelectrics & Acoustooptics， 2012， 34(6)： 831-833. (in Chinese)[3]聂鹏，徐洪垚，刘新宇, 等. EEMD方法在刀具磨损状态识别的应用[J]. 传感器与微系统，2012， 31(5)： 147-152.Nie Peng， Xu Hongxi， Liu Xinyu, et al. Application of EEMD method in tool wear condition identification[J]. Transducer and Micro-system Technology， 2012， 31(5)：147-152. (in Chinese)[4]贾瑞生，赵同彬. 孙红梅等. 基于经验模态分解及独立成分分析的微震信号降噪方法[J]．地球物理学报， 2015， 58(3)： 1013-1023.Jia Ruisheng， Zhao Tongbin， Sun Hongmei et al. Microseismic signal denoising method based on empirical mode decomposition and independent component analysis[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(3)： 1013-1023. 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超声波检测中对反射回波的分析与判断在压力容器定期检验过程中，我们经常会使用超声波横波斜入射对焊接接头埋藏性缺陷进行一定比例的抽样检测。

由于超声波检测的自身特点，在检测中判断反射波是何种回波是有一定技术难度的，想要判断准确，就必须能够熟练应用超声波反射、折射定律及掌握材料、焊接等超声波检测相关知识和经验。

下面介绍我们在压力容器定期检验过程中对超声波反射波的分析与判断的一个实例。

一、受检设备基本情况压力容器名称：油水分离器容器类别：Ⅱ设计压力：2.4Mpa材质：16MnR 容器规格：φ1200×3400×16二、容器对接焊缝检测比例、检测部位、技术要求及其他1.检验比例：在容器检验方案中规定A、B类焊缝≥20%超声波抽查。

2.焊缝坡口型式：X+V（封头和筒体最后一道环焊缝）。

3.检测焊缝部位示意图如下：4.焊接方法：埋弧自动焊+焊条电弧焊+氩气保护焊（最后一道环焊缝打底焊）。

5.未开设人孔，从外部做超声波检测。

6.焊缝单面双侧锯齿形扫查，用一次波及二次波检测。

7.执行标准：JB/T4730.3-2005，合格级别：2级。

三、检测仪器装备准备情况1.超声波探伤仪：CTS-26一台2.探头：2.5P9×9K2 一个3.试块：CSK-ⅠA、CSK-ⅢA各一块4.耦合剂：机油一桶5.其他：不锈钢直尺一把、纱布若干四、其他检验情况该容器其他检验项目如资料审查、外观检验、壁厚测定、磁粉探伤均已完成，未发现严重超标缺陷。

实测最小壁厚为16.0mm，封头直边长度50mm。

五、仪器及探头调节及绘制距离波幅曲线1.用CSK-ⅠA试块测探头前沿和K值。

前沿l0=9mm,K=2.0。

2.用CSK-ⅠA和CSK-ⅢA试块调节扫描比例和绘制距离波幅曲线。

扫描比例：深度1：1各深度φ1×6的反射波高均达到基准波高（80%满屏）的dB值。

耦合补偿为4dB 。

六、检验检测过程以二次波最大声程处的评定线dB值作为扫查灵敏度即26.5dB，作锯齿形扫查。

基于T(0,1)模态超声导波的输气管道腐蚀检测邹宁波;谌海云;刘全利;田芳;赵松柏;杜振华【摘要】介绍了超声导波的频散特性和输气管道腐蚀检测设备的构成,依据管道中导波的T(0,1)模态的非频散特性对低频段(70 kHz以下)反射回波信号进行了动态频率分析.结果表明:该分析方法能够清晰辨别管道特征信号,可以精确定位腐蚀缺陷的位置.但是,由于回波信号的叠加,与较大三通管位于同一截面的腐蚀缺陷信号难以识别.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2013(035)009【总页数】5页(P19-22,68)【关键词】超声导波;管道;缺陷;波形分析【作者】邹宁波;谌海云;刘全利;田芳;赵松柏;杜振华【作者单位】西南石油大学电信院,成都610500;西南石油大学电信院,成都610500;中石油天然气管道科学研究院,廊坊065000;西南石油大学电信院,成都610500;西南石油大学电信院,成都610500;西南石油大学电信院,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TG115.28超声导波技术作为一种新兴的无损检测手段，具有检测效率高、一次检测覆盖范围大、速度快和可检测整个管壁等优点，在管道的长距离快速检测和性能评价等方面受到国内外无损检测学者的极大关注［1］。

随着我国油气管线投运时间的推移，各站场局域管网不可避免地进入定期安全检测周期。

利用超声导波技术检测管道，具有快速、可靠、经济且无须剥离外包层的优点，能够大大提高天然气集输气站管网安全检测的效率。

超声导波检测技术根据管道壁厚截面损失所产生的反射回波信号特点来判断管道腐蚀情况，用ECL（截面损失百分比）表征管道腐蚀程度。

笔者介绍了超声导波的频散特性和输气管道腐蚀检测设备的构成，依据管道中导波的T（0，1）模态的非频散特性对低频段（70kHz以下）反射回波信号进行了动态频率分析。

1 管道中导波的T模态频散特性超声导波在管道中的传播过程可以分为三种形式：沿着管道轴的垂直截面转动的对称扭转模态、沿着径向方向伸缩的对称纵向模态和沿各个方向均有位移的非对称弯曲模态［2］。