一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，具体涉及针对钢轨采集的超声波探伤原始数据而提出的一种提取与识别方法。本发明专利技术采用10通道复合串列式探头对钢轨的轨头轨腰进行无盲区检测，宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。该方法主要步骤如下：首先利用基于改进阈值函数的小波变换算法对采集到的钢轨超声回波A显数据信号进行消噪，然后采用基于小波模极大值特征提取方法进行超声回波A显数据信号的特征提取，最后将提取的特征进行归一化处理，将所有特征数据转换为[0，1]数据，将处理后的回波以B型显示的方式显示。本发明专利技术方法可以将有效脉冲信号提取出来，提高伤损判断准确性，可在钢轨超声探伤检测领域广泛应用。

A method of feature extraction and recognition based on original data of multi-channel ultrasonic flaw detection

【技术实现步骤摘要】
一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法
本专利技术属于无损检测
，主要应用与钢轨探伤领域中，涉及一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法。
技术介绍
我国高速铁路的快速发展给铁路钢轨基础设施的状态维护和安全保障带来挑战，尤其是多次大提速对钢轨的品质也提出更高的要求。钢轨在使用过程中容易发生裂纹以及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损，且在轮载和温度力的作用下，钢轨伤损会更加严重。钢轨应力、疲劳和缺陷等故障引起的钢轨断裂会导致列车出轨、倾覆等重大事故，进而造成人员伤亡和巨额财产损失。超声波探伤是目前应用最广泛的无损探伤方法之一，具有检测速度快、灵敏度高、穿透能力强等众多优势，因此采用超声探伤法对钢轨进行伤损检测较为普遍。现有的钢轨超声探伤仪仍存在待改进的地方：传统的探伤方法无法满足钢轨的无盲区检测，在轨头轨腰部位存在较大的检测盲区；现有超声波探伤仪的探伤精度有待提高；对于钢轨伤损的判定需要专业素质高的专业人士才能识别，且受人为因素影响较大，工作强度大。钢轨中的缺陷如气孔、裂纹、夹渣等都将改变超声波的波形、幅值、频谱、相位等，可见超声波原始信号携带了钢轨缺陷体的大量信息，同时超声波原始信号也包含许多突变和尖峰等，且含有许多非平稳的噪声。现有的超声波探伤仪对信号的处理能力有限，且主要针对超声波原始信号即超声波A显数据信号进行判伤，这就使得处理信号中含有较多噪声，严重影响了判断结果。传统去除超声波原始信号中噪声的方法常采用的针对线性和平稳信号的快速傅立叶变换。此方法虽能够将信号完全分解在频域中，通过将信号平滑处理实现去除噪声的目睹，但是也会造成有效信息的严重缺失，而且傅里叶变换缺乏时域分析能力，一旦时间轴发生突变，会对整个频谱图造成影响，产生错误的判断结果。考虑到小波变换在时域、频域均具有较好的分析能力，有效区分信号中的噪声和突变部分，实现有效去噪，因此适用于对超声回波A显数据信号的分析。本专利技术通过将含有缺陷信号的超声波A显数据进行去噪、特征提取，提取的特征进行归一化处理，将处理后的回波以B型显示的方式显示，进而实现后期伤损的分类。
技术实现思路
针对现有的超声波探伤数据特征提取存在的问题，本专利技术提供一种识别率高、运算速度快的一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法。本专利技术采用以下技术方案实现。一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，采用10通道复合串列式探头对钢轨的轨头轨腰进行无盲区检测，10通道复合串列式探头的排列方式为从首端至末端依序放置1个前0°探头，1个后直70°探头、1个斜前内70°探头、1个斜后内70°探头、1个斜前外70°探头、1个斜前内70°探头、1个前直70°探头、1个后37度°探头、1个前37°探头、1个后0°探头，共2个0°探头、2个37°探头以及6个70°探头。进一步的，本专利技术的一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，用于对采集到的钢轨超声回波A显数据信号进行数据特征提取与识别，，具体包括如下步骤：（1）采用10通道复合串列式探头发射和接收宽频超声波；（2）利用基于改进阈值函数的小波变换算法对钢轨超声回波A显数据信号进行降噪，得到有效超声回波探伤信号；（3）从有效超声波探伤信号中采用基于小波模极大值特征提取方法进行超声回波A显数据信号伤损缺陷的特征提取；（4）将提取的伤损缺陷的表征量特征进行归一化处理，将所有特征数据转换为[0，1]数据，将处理后的回波以B型显示的方式显示。进一步的，本专利技术的一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，所述步骤2利用小波变换算法进行降噪处理的步骤为：（1）选取小波基函数和小波分解层次N，对原始数据信号进行N层小波分解，得到信号的高频系数和低频系数；（2）选用改进的阈值量化函数，对每一次分解层次中的高频系数进行阈值化处理；（3）根据第N层的低频系数和阈值量化的第1层到N层的高频系数进行小波逆变换，得到重构信躁分离后的有效超声波探伤信号。进一步的，本专利技术的一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，所述利用小波变换算法进行降噪处理的步骤1是采用Symlet小波系中的Sym6作为小波基函数，进行3层分解。进一步的，本专利技术的一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，所述利用小波变换算法进行降噪处理的步骤2是采用对硬、软阈值函数的改进算法作为阈值量化函数对各层细节系统分别设置阈值，改进的阈值量化函数的形式为：；其中：表示阈值，，；式中，为采样点数，为噪声标准方差，，是小波分解的最大层次数，是尺度下点位置的小波变换系数。进一步的，本专利技术的一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，所述利用小波变换算法进行降噪处理的步骤4的伤损缺陷的表征包括:超声回波A显数据信号的方差和幅值以及经3层小波分解后每层小波系数的时域的方差和幅值分别作为一组表征量，共7个表征量。附图说明图1是一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法的阵列探头示意图；图2是一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法的系统流程图；图3是一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法的小波去噪算法的信号处理流程图；图4是一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法的基于模极大值特征提取方法的信号处理流程图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步描述：一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，采用10通道复合串列式探头对钢轨的轨头轨腰进行无盲区检测，图1为10通道复合串列式探头的排列方式，从首端至末端依序放置1个前0°探头，1个后直70°探头、1个斜前内70°探头、1个斜后内70°探头、1个斜前外70°探头、1个斜前内70°探头、1个前直70°探头、1个后37度°探头、1个前37°探头、1个后0°探头，共2个0°探头、2个37°探头以及6个70°探头。其中，0°探头发射超声波纵波声束，从轨面至轨底，用于检测钢轨中的水平取向伤损；37°探头发射的超声波从轨头以折射角37°方向传播到轨底，主要检测轨腰部分的伤损，还可检测特定取向、70°通道探测不到的横向裂纹。70°探头采用横波在钢轨头内进行发射式探伤，主要用于检测轨头部及轨腰顶部的伤损。偏斜角放置的探头用于检测轨头轨距内侧的小核伤。如图2所示，本专利技术一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，其步骤包括：（1）采用10通道复合串列式探头发射和接收宽频超声波；（2）利用基于改进阈值函数的小波变换算法对钢轨超声回波A显数据信号进行降噪，得到有效超声回波探伤信号；（3）从有效超声波探伤信号中采用基于小波模极大值特征提取方法进行超声回波A显数据信号伤损缺陷的特征提取；（4）将提取的伤损缺陷的表征量特征进行归一化处理，将所有特征数据转换为[0，1]数据，将处理后的回波以B型显示的方式显示。下面对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，其特征在于采用10通道复合串列式探头对钢轨的轨头轨腰进行无盲区检测，宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，其特征在于采用10通道复合串列式探头对钢轨的轨头轨腰进行无盲区检测，宽频超声经过钢轨反射被阵列探头的接收探头接收。


2.一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，其特征在于所述的10通道复合串列式探头排列方式为从首端至末端依序放置1个前0°探头，1个后直70°探头、1个斜前内70°探头、1个斜后内70°探头、1个斜前外70°探头、1个斜前内70°探头、1个前直70°探头、1个后37度°探头、1个前37°探头、1个后0°探头，共2个0°探头、2个37°探头以及6个70°探头。


3.一种基于多通道超声波探伤原始数据特征提取与识别方法，用于对采集到的钢轨超声回波A显数据信号进行数据特征提取与识别，其特征在于：包括如下步骤：
（1）采用10通道复合串列式探头发射和接收宽频超声波；
（2）利用基于改进阈值函数的小波变换算法对钢轨超声回波A显数据信号进行降噪，得到有效超声回波探伤信号；
（3）从有效超声波探伤信号中采用基于小波模极大值特征提取方法进行超声回波A显数据信号伤损缺陷的特征提取；
（4）将提取的伤损缺陷的表征量特征进行归一化处理，将所有特征数据转换为[0，1]数据，将处理后的回波以B型显示的方式显示。


4.根据权利要求3所述的上述一种基于多通道超声波探伤...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁帆，余旸，
申请(专利权)人：东莞灵虎智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44