一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法及无损检测方法技术

本发明专利技术属于无损检测领域，并具体公开了一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法及无损检测方法，包括以下步骤：S1从被测对象磁致伸缩导波信号中截取所需的信号；S2利用窗宽M的滑动矩形窗从信号中截取M个信号数据；S3利用截取的信号数据构建矩阵A；S4将矩阵A转换为平面直角坐标系中的M

【技术实现步骤摘要】
一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法及无损检测方法


[0001]本专利技术属于无损检测领域，更具体地，涉及一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法及无损检测方法。

技术介绍

[0002]磁致伸缩导波无损检测技术因其非接触，检测长度大，覆盖结构区域广，可接近位置远离检测仪器难以到达的区域，表面无需打磨等优点，近年来在工业领域中得到较广泛的应用。然而，由于磁致伸缩导波技术的非接触性带来的换能效率低，信号信噪比低的缺陷，给检测信号的分析带来较大的难度。
[0003]例如，中国专利CN101126743A公开了一种磁致伸缩导波无损检测方法，其将检测信号和基准信号进行差分并根据差分结果是否畸变来确定缺陷，该方法需要无缺陷试样采集基准信号，这对于现场检测而言非常不方便；中国专利CN107356681B公开了一种磁致伸缩导波单向检测方法，其通过移动激励传感器进行多次测量，然后将所测量导波信号叠加来实现单向激励和接收，该方法需要多次移动激励传感器，在现场应用时操作复杂，耗时长。
[0004]基于此，本领域有必要进一步进行研究，以获得一种全新的磁致伸缩导波处理方法，以实现磁致伸缩导波的快速有效检测，进而实现缺陷的无损检测。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法及无损检测方法，其利用信号的拓扑信息实现导波信号的处理，该方法无需标准试样，有利于现场检测，且无需多次测量，操作简单，可有效提高磁致伸缩导波检测精度，并可应用在无损检测中，提高无损检测精度。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法，其包括如下步骤：
[0007]S1从被测对象的磁致伸缩导波信号中截取所需的信号X，该信号X包含的信号数据量记为N，初始化i＝1；
[0008]S2利用窗宽为M的滑动矩形窗从信号X中截取M个信号数据，分别为x(i)、x(i+1)、
…
、x(i+M-1)；
[0009]S3基于截取的M个信号数据构建(M-1)
×
2的矩阵A：
[0010][0011]S4将矩阵A转换为平面直角坐标系中的M-1个点的集合B，并计算集合B中各点间的
欧式距离；
[0012]S5取最大的欧式距离作为最大连通半径ε
max
对集合B持续同调，得到集合B中各点从诞生到消亡时对应的连通半径，计算所有连通半径的方差z(i)；
[0013]S6令i＝i+1，重复步骤S2～S5，直至i＝N-M+1，以获得方差集合z(n)，n＝1,2,
…
,N-M+1，以此完成被测对象的磁致伸缩导波拓扑信号的处理。
[0014]作为进一步优选的，步骤S1中，优选截取被测对象磁致伸缩导波信号中第一次通过信号和第一次端部回波信号之间的区域作为信号X。
[0015]作为进一步优选的，窗宽M满足如下条件：M＝max([L/10],5)，其中L为对被测对象进行激励的激励信号的长度。
[0016]作为进一步优选的，步骤S5中的持续同调具体包括如下步骤：
[0017]S51选择均匀变化的多尺度阈值ε为连通半径对集合B进行过滤，以在欧式空间构建VR复形过滤，0≤ε≤ε
max
；
[0018]S52从构建的VR复形过滤中提取出0维同调数据变化时对应的各ε值，各ε值即为集合B中各点从诞生到消亡时对应的连通半径。
[0019]按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于磁致伸缩导波拓扑信号的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0020]S1采用如权利要求1-4任一项所述的方法处理获得方差集合z(n)；
[0021]S2根据方差集合z(n)绘制方差分布图；
[0022]S3根据方差分布图的畸变性判断被测对象是否存在缺陷，以此完成被测对象的无损检测。
[0023]作为进一步优选的，还包括如下步骤：
[0024]S4在判断被测对象存在缺陷时，根据畸变发生的位置实现缺陷的定位。
[0025]作为进一步优选的，步骤S2具体为：首先将n转换为时间参数，再根据方差集合z(n)中各方差值及其对应的时间绘制方差分布图。
[0026]作为进一步优选的，采用如下公式将n转换为时间t：作为进一步优选的，采用如下公式将n转换为时间t：
[0027]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0028]本专利技术首先利用滑动矩形窗截取多段信号，并基于多段信号进行构建及转换获得点集合，然后以点集合中各点间的最大距离值作为最大连通半径对集合持续同调，由此可得到集合中各点从诞生到消亡时对应的连通半径(其为磁致伸缩导波信号中的拓扑结构信息)，由于信号中缺陷信号与本底噪声信号具有不同的拓扑结构信息，因此利用本专利技术得到的拓扑结构信息，可有效实现缺陷信号的识别。
[0029]通过本专利技术的处理方法能获得包含拓扑结构信息的数据即方差集合，基于该方差集合通过后续的处理即可获得被测对象的缺陷信息，实现被测对象缺陷的无损检测，即本专利技术的处理方法可为后续的缺陷无损检测提供数据基础。
[0030]本专利技术不仅可以实现磁致伸缩导波信号的处理，以获得包含拓扑结构信息的数据，同时还可以基于获得的数据实现缺陷的无损检测与定位。
[0031]本专利技术有效提高了磁致伸缩导波信号检测的灵敏度，本专利技术不需要无缺陷试样采集基准信号，有利于现场检测，同时不需要移动激励传感器进行多次测量，操作简单、耗时短，极大的方便了现场应用。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例提供的磁致伸缩导波拓扑信号处理方法的流程图；
[0033]图2是滑动矩形窗滑动截取示意图；
[0034]图3是实施例1中检测的无缺陷标样光面钢丝实验布置图；
[0035]图4是在无缺陷光面钢丝上检测所得的原始信号图；
[0036]图5是截取无缺陷光面钢丝检测信号所得的分析信号图；
[0037]图6是无缺陷光面钢丝分析信号经本专利技术所述方法处理后的结果图；
[0038]图7是实施例2中检测的有缺陷标样光面钢丝实验布置图；
[0039]图8是在有缺陷光面钢丝上检测所得的原始信号图；
[0040]图9是截取有缺陷光面钢丝检测信号所得的分析信号图；
[0041]图10是导波检测信号持续同调过程示意图，其中，(a)为待持续同调计算的点集，(b)～(g)为随着连通半径变化复形过滤的过程，即持续同调过程，(h)为持续同调计算得到的0维PB(persistence barcode)图；
[0042]图11是有缺陷光面钢丝分析信号经本专利技术所述方法处理后的结果图。
具体实施方式
[0043]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁致伸缩导波拓扑信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1从被测对象的磁致伸缩导波信号中截取所需的信号X，该信号X包含的信号数据量记为N，初始化i＝1；S2利用窗宽为M的滑动矩形窗从信号X中截取M个信号数据，分别为x(i)、x(i+1)、
…
、x(i+M-1)；S3基于截取的M个信号数据构建(M-1)
×
2的矩阵A：S4将矩阵A转换为平面直角坐标系中的M-1个点的集合B，并计算集合B中各点间的欧式距离；S5取最大的欧式距离作为最大连通半径ε
max
对集合B持续同调，得到集合B中各点从诞生到消亡时对应的连通半径，计算所有连通半径的方差z(i)；S6令i＝i+1，重复步骤S2～S5，直至i＝N-M+1，以获得方差集合z(n)，n＝1,2,
…
,N-M+1，以此完成被测对象的磁致伸缩导波拓扑信号的处理。2.如权利要求1所述的磁致伸缩导波拓扑信号处理方法，其特征在于，步骤S1中，优选截取被测对象磁致伸缩导波信号中第一次通过信号和第一次端部回波信号之间的区域作为信号X。3.如权利要求1所述的磁致伸缩导波拓扑信号处理方法，其特征在于，窗宽M满足如下条件：M...

【专利技术属性】
技术研发人员：武新军，段淑玉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：