基于相空间重构的磁致伸缩导波信号处理方法研究及实现

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磁致伸缩导波检测技术具有非接触、检测距离远等优点,近年来受到广泛的关注。而其换能效率低的缺点也造成了检测信号信噪比较低的问题。由于磁致伸缩导波检测信号中的噪声来源复杂,传统的线性滤波方法难以满足要求。针对上述问题,根据磁致伸缩导波信号的特点,本论文从相空间重构的角度出发,研究了磁致伸缩导波的信号处理方法。首先,基于相空间重构理论研究了利用混沌特征量来揭示磁致伸缩导波信号的混沌特性,进而实现缺陷识别的方法。研究采用李雅普诺夫指数、关联维数以及柯尔莫戈洛夫熵三种混沌特征量来判断是否存在缺陷,并结合磁致伸缩导波信号的特点,得到了合适的嵌入维数与时间延迟选择方法。利用仿真数据分别对三种混沌特征量进行了验证,结果表明,缺陷的产生将导致系统的混沌程度增强,且李雅普诺夫指数更适于作为特征量。实验结果表明在低信噪比条件下李雅普诺夫指数依然能够有效地识别出待测构件是否存在缺陷。然而,该方法无法实现缺陷定位。其次,基于相空间重构理论,结合奇异值分解提出了奇异下降指数谱。该方法实现了缺陷的识别与定位。根据缺陷信号在相位上的特点构造了一种基于Hankel矩阵的新型矩阵,该矩阵对中心对称的信号具有较强的灵敏度,并在此基础上计算得到了奇异下降指数,利用奇异下降指数谱判断低信噪比条件下检测信号中是否存在缺陷信号,并实现缺陷的定位。仿真与实验数据验证了奇异下降指数谱的有效性,同时也表明该方法具有较好的定位精度。最后,利用MATLAB开发了信号处理算法,并分析比较了各算法的优劣及计算精度。结合Visual Studio开发了基于相空间重构信号处理方法的软件。
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