多小波在钢丝绳缺陷信号处理中的应用研究

摘要

作为一种工程承载构件,钢丝绳在使用的过程中不可避免地会存在磨损、断丝等缺陷,钢丝绳在工程中的广泛应用使得对钢丝绳的缺陷检测具有重要意义。小的缺陷所产生的漏磁场往往很微弱,在选用高灵敏度、性能良好的传感器的同时,对检测信号的处理方法的选择和应用亦非常重要。
　　 多小波理论是近几年来在单小波理论的基础上发展起来的新理论,多小波可同时具有对称性、正交性、短支撑性、高阶消失矩这些性质,但是传统小波却无法同时具有。多小波理论研究与实际应用尚处于初级阶段,其在钢丝绳检测中的应用,目前国内外还无相关报导。
　　 本文首先介绍了钢丝绳安全检测的重要性,并回顾了钢丝绳无损检测技术的历史及其发展方向,阐述了钢丝绳磁检测原理,并根据此原理自行设计了一钢丝绳检测仪。其中硬件电路部分完成了:信号的采集；A/D转换；数据的存储等功能。软件部分实现了:信号去噪;缺陷位置及总缺陷数的判断及显示;RS232串口通信等功能。
　　 本文提出了一种新的阈值函数。该阈值函数在大于阈值的小波域内是连续的,且具有连续的高阶导数,对于大于阈值的小波系数的压缩与大于阈值部分小波系数中噪声信号的分布情况一致,即随着小波系数的增加而减小。采用本文提出的新阈值函数对钢丝绳检测信号进行了去噪,大量的仿真试验表明该阈值函数的去噪效果明显优于传统软硬阈值法的去噪效果,证明了该方法的有效性。
　　 本文在深入研究多小波理论的基础上,首次将多小波理论应用于钢丝绳检测信号的处理。分别利用多小波和小波对钢丝绳检测信号进行了去噪处理和压缩处理。仿真结果表明多小波分析的去噪效果总体上优于传统小波分析；经小波压缩后的重构信号的压缩比和平均压缩误差都略优于多小波,但经多小波压缩后的重构信号的信噪比明显高于小波,且对重构后的信号进行去噪,重构后,证明经多小波压缩后的信号能更好的保留小奇异点处的信息。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 本课题的意义

1.2 钢丝绳检测技术简介

1.2.1 钢丝绳无损检测技术的历史

1.2.2 钢丝绳无损检测技术的方法和原理

1.3 钢丝绳磁检测技术的发展现状

1.4 本文的主要研究方向

2 钢丝绳缺陷检测原理及检测系统设计

2.1 钢丝绳缺陷分类

2.2 钢丝绳断丝缺陷

2.3 钢丝绳磁检测原理

2.4 钢丝绳检测仪的设计

2.4.1 钢丝绳检测仪设计原理

2.4.2 钢丝绳检测仪硬件系统设计

2.4.3 钢丝绳检测仪软件系统设计

2.4.4 S3C44B0X特性简介

2.5 信号特征提取方法

2.6 本章小节

3 多小波变换简介

3.1 多小波变换的发展历史及现状

3.1.1 多小波的发展历史

3.1.2 目前多小波应用研究及存在的问题

3.2 多小波变换与多尺度分析

3.2.1 小波的多分辨率分析

3.2.2 多小波的多分辨率分析及其一些重要性质

3.3 多小波的分解与重构

3.4 多小波的常用构造方法

3.4.1 GHM多小波的构造

3.4.2 CL多小波的构造

3.4.3 多小波的其它构造方法

3.5 几种常用多小波

3.5.1 GHM多小波

3.5.2 CL多小波

3.5.3 SA4多小波

3.5.4 Hermite三次B样条多小波

3.6 多小波预处理

3.7 本章小结

4 新阈值函数在钢丝绳检测信号去噪中的应用

4.1 噪声来源

4.2 几种去噪方法

4.2.1 信号与噪声在小波变换各尺度上的不同传播特性

4.2.2 小波变换模极大去噪法

4.2.3 相关性去噪法

4.2.4 小波阈值去噪法

4.3 阈值函书的研究

4.3.1 多小波阈值消噪原理

4.3.2 经典软硬阈值函数

4.3.3 新阈值函数的研究

4.4 信号去噪

4.4.1 基于多小波的钢丝绳检测信号的分析及仿真研究

4.4.2 新阈值函数应用于多小波和小波的试验研究及对比

4.4.3 基于新阈值函数的二次去噪

4.5 本章小节

5 钢丝绳检测数据的压缩处理

5.1 数据压缩方法

5.2 压缩数据仿真

5.3 本章小节

6 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间的主要学术成果

致谢