基于FRI的管道檢測超聲信號采樣方法及應(yīng)用研究.pdf

1、管道缺陷超聲檢測技術(shù)是無損檢測領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一，而管道缺陷超聲內(nèi)檢測技術(shù)以其檢測缺陷種類多，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)管道表面及管道壁內(nèi)多種缺陷的檢測而成為管道缺陷檢測重要方法之一。然而，超聲內(nèi)檢測技術(shù)采用多傳感器陣列結(jié)構(gòu)，傳感器數(shù)量多，再加之超聲信號頻率高，在檢測中會產(chǎn)生大量的檢測數(shù)據(jù)，對這些檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、存儲以及處理帶來極大的困難，成為制約超聲內(nèi)檢測技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。為此，本文研究了基于信號有限新息率(Finite Rate of Inno

2、vation,FRI)的超聲信號稀疏采樣理論及其在管道缺陷超聲檢測信號中的應(yīng)用，極大地減少了檢測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，并實(shí)現(xiàn)了缺陷的檢測與參數(shù)估計(jì)。本文的主要研究工作如下:
　　(1)首先分析了壓縮采樣在超聲信號中的研究現(xiàn)狀，結(jié)合管道檢測超聲信號的特點(diǎn)，研究了一種基于有限新息率的采樣方法。該方法可以避免壓縮傳感中稀疏字典的構(gòu)造，重構(gòu)算法復(fù)雜等問題。在沖激信號個(gè)數(shù)較大或者信號受到噪聲影響時(shí)，零化濾波器方法的重構(gòu)性能惡化，因此研究了一種

3、改進(jìn)的最小二乘算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的最小二乘算法能夠以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奈奎斯特速率的速率進(jìn)行采樣和重建原信號，并具有很好的抗噪能力。
　　(2)考慮到超聲內(nèi)檢測帶來的數(shù)據(jù)量巨大的問題，研究了一種適應(yīng)于調(diào)制超聲回波信號的新型低速率采樣方法。它首先是對超聲回波信號進(jìn)行雙通道再調(diào)制、濾波，實(shí)現(xiàn)正交解調(diào)，然后合成超聲脈沖流。比較分析傳統(tǒng)采樣核后，選擇SoS(Sum of Sincs)濾波器作為采樣核，以新息率速率采集脈沖流信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明So

4、S采樣核的抗噪性能優(yōu)越，該采樣方法可有效降低采樣速率，減少數(shù)字化過程中的數(shù)據(jù)量，并能實(shí)現(xiàn)回波峰值的時(shí)延估計(jì)，達(dá)到管道缺陷檢測的目的。
　　(3)結(jié)合超聲回波信號的數(shù)學(xué)模型，研究了一種基于希爾伯特變換的超聲回波信號的時(shí)延估計(jì)方法。該方法是將超聲回波信號通過Hilbert變換解包絡(luò)，形成具有FRI性質(zhì)的脈沖流信號，利用低速率采樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了脈沖信號的時(shí)延估計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可減少信號的采樣數(shù)據(jù)量，并能準(zhǔn)確估計(jì)出回波峰值的達(dá)到時(shí)刻。<