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得到离散小波变换各尺度下的小波系数, 对小波阈值进行最小均方误差意义上的迭代, 基于小波系数估计值进行离散小波反变换以得到信号的估计值, 经过重复迭代运算得到缺陷回波的最优消噪模型。
在实际检测中遇到的信号多带随机性, 而且记录长度有限。功率谱估计是用无限长随机信号的有限样本序列来求得, 因此会产生误差。为了提高谱估计的精度和分辨率而提出了最大熵谱法[18]．最大熵谱估计的原理是根据已知信息外推相关函数时, 每一步都保持未知时间的不确定性或熵为最大。最大熵谱法不认为观测数据以外的数据全为零, 没有固定的窗函数, 克服了传统谱估计方法由于数据窗的加入而带来的谱分辨率较低、 出现频谱”泄漏”、 产生假谱峰等缺陷, 提高了谱的分辨率。
利用Duffing振子的间歇混沌对噪声具有免疫力来检测信号, 称为混沌弱信号检测法[19-20]。将带有强噪声的外界有用信号作为系统内部周期激励的摄动引人Duf-
fing振子系统。当信号中带有的与参考信号同频率的信号, 即使幅值很小也会导致振子向周期状态迅速过渡且系统会周期地重复着间歇混沌现象, 而高噪声信号虽然强烈, 但只局部改变系统的相轨迹很难引起相变。这充分体现了Duffing振子对于高噪声的强免疫能力。
1.4 研究重点
本次论文的重点是利用超声波检测两种聚合物的混合状态, 经
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过超声波的速度来表征聚合物的混合状态, 建立超声信号与聚合物混合状态的关系。超声波在聚合物地混合物中传播时能量衰减大, 可能使回波信号能量太小而淹没在噪声中无法识别。一般聚合物的混合物中会有分散相存在, 造成超声波的散射, 使超声波的能量衰减剧烈, 从而可能使回波信号淹没在噪声中不易分辨; 超声波遇到声阻抗不同的介质时就会在两种介质的界面上发生反射和折射, 被反射的信号可能传回探头形成新的噪声, 从而使特征信号的辨别更加困难; 反射波与散射波可能会与信号叠加, 使信号的质量变的更差, 信号可能完全被噪声淹没而无法识别; 所有的这些情况都可能造成信号的误判, 从而使计算的超声波速度值出现误差。因此本研究的最大的困难是降低这些噪声对回波信号的影响, 以提高回波信号的质量。
本次研究内容是利用超声波检测石蜡以及石蜡与硬脂酸钠的混合物。分别提取并比较石蜡与混合物的特征信号, 从而建立混合物的特征信号与石蜡与硬脂酸钠的混合状态的关系。
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2 超声检测原理
超声波是超声振动在弹性介质传播的机械波, 频率在20KHz以上, 是一种声波。超声波的声速c、 频率f和波长?有以下关系式:
c???f (2.1) 2.1 超声波的分类
根据介质中质点的振动方向与声波传播方向是否相同, 超声波的波型可分为以下几类:
( 1) 纵波: 质点振动方向与声波传播方向相同( 图2.1) 。根据声学理论, 在无限大固体介质中, 纵波的声速cL为
cL?E?1??????1????1?2??K?4?3G (2.2)
式中E为杨氏模量, ?为介质密度, ?为介质泊松比, K为体积模量, G为剪切模量。
纵波是超声检测中应用最为普遍的一种波型,也是唯一能在固体、 液体和气体中均可传播的波型。由于纵波的发射和接收较容易实现, 在应用其它波型时, 常采用纵波声源经波型转换后得到所需的
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波型。
质点振动方向 波传播方向
图2.1 纵波示意图
( 2) 横波: 质点振动方向与声波传播方向垂直( 图2.2) 。其声速
cS为
cS?EG?2??1???? (2.3)
由于横波的传播需要介质存在剪切应力, 而液体和气体中没有剪切弹性,固横波不能在气体和液体中传播。
质点振动方向 波传播方向
图2.2 横波示意图
( 3) 表面波: 质点的振动介于纵波和横波之间, 沿着固体表面传播, 振幅随深度增加而迅速衰减, 又称瑞利波。表面波质点振动的轨迹是椭圆, 质点位移的长轴垂直于传播方向, 短轴平行于传播方向。与横波一样,表面波也不能在气体和液体中传播。表面波能够沿圆滑
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曲面传播而没有反射, 对表面裂纹具有很高的灵敏度。
( 4) 兰姆波: 兰姆波只产生在有一定厚度的薄板内, 当频率、 板厚与波的入射角成一定关系时才能产生。在板的两表面和中部都有质点的振动, 声场遍及整个板的厚度, 沿着板的两表面及中部传播, 因此又称为板波。振动模式是纵向振动和横向振动的合成。兰姆波的声速较为复杂, 除与材料特性有关以外, 其相速度和群速度均与频率、 板厚和振动模式有关。 2.2 超声场的特征量
( 1) 声压P 在有超声波传播的介质中, 某一点在某一瞬间具有的压强与没有超声波存在时的该点的静压强之差为声压。
P??cu (2.4)
?为介质密度, c为超声波速度, u为质点振动速度。
( 2) 声强I 在垂直与超声波传播方向上, 单位面积、 单位时间内所经过的能量。
P2 (2.5) I?2?c( 3) 特性阻抗Z 介质密度与声速的乘积称为介质的特性阻抗。特性阻抗反映了介质的传声特点, 不同的介质具有不同的特性阻抗。
Z??c (2.6)
2.3 超声波的衰减
超声波的衰减是指超声波在介质中传播时, 随着传播距离的增加
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信息对抗技术专业毕业设计说明书
