本文選題：超聲無損檢測 + 噪聲　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：在土木工程領(lǐng)域,超聲無損檢測在建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、管道等結(jié)構(gòu)損傷檢測中已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。借助于超聲無損檢測技術(shù),可以有效檢測結(jié)構(gòu)中是否存在缺陷或損傷、進行缺陷定位并測量缺陷大小,方便人們對結(jié)構(gòu)的安全狀況進行及時評估。與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的整體監(jiān)測和少量局部監(jiān)測技術(shù)相比,超聲無損檢測技術(shù)可以更好地檢測結(jié)構(gòu)局部微小損傷,是對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的有益補充。將無損檢測技術(shù)與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)相融合于一體,可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部損傷至整體損傷的全尺度監(jiān)測,將有效提高結(jié)構(gòu)安全評估的準確性,因此,開展土木工程超聲無損檢測技術(shù)研究具有重要意義。盡管超聲無損檢測技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,但是其在實際工程中的應(yīng)用仍存在許多問題需要解決,其中之一是超聲無損檢測的信號處理方法,比較突出的難題包括超聲檢測信號中的噪聲處理問題、導(dǎo)波檢測中由于導(dǎo)波的頻散和多模式導(dǎo)波混疊等導(dǎo)致的信號處理難題等。本文基于脈沖回波檢測方法,對以上問題展開研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)從數(shù)學(xué)模型的角度出發(fā),對超聲檢測中缺陷反射信號和噪聲信號進行了詳細分析,揭示了由于缺陷和材料自身微觀結(jié)構(gòu)對入射聲波的作用規(guī)律不同而引起的頻率響應(yīng)上的差異性。同時還揭示了超聲信號數(shù)學(xué)模型與信號稀疏性之間的關(guān)聯(lián)性,并介紹了本文后續(xù)章節(jié)中用于超聲檢測信號處理的魯棒稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)(RSBL)算法。(2)針對體波超聲檢測中難以處理的結(jié)構(gòu)噪聲問題,利用瑞利散射條件下缺陷反射信號與噪聲信號的頻域特征差異性,提出了基于缺陷反射信號頻域響應(yīng)模型的模板匹配缺陷檢測方法。利用缺陷反射信號已知的頻域表達作為模板,通過將其與超聲信號的局部頻譜進行相似度計算,檢測結(jié)構(gòu)缺陷。通過模擬信號的研究,定量化分析了其對于含噪聲體波檢測信號進行缺陷檢測的準確性,并通過多工況下的體波檢測實驗信號對本方法進行了驗證。(3)在稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)框架下,提出了適用于體波超聲檢測信號去噪、缺陷反射信號重構(gòu)的超聲檢測信號處理方法,包括基于Gabor信號模型的過完備字典優(yōu)化設(shè)計、基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)的信號稀疏分解和針對缺陷反射信號重構(gòu)的后處理方法。通過對模擬信號的研究發(fā)現(xiàn),本方法在強噪聲條件下依然能夠?qū)θ毕莘瓷湫盘栠M行準確重構(gòu)。此外,本文還通過模擬檢測信號和實驗信號定量比較了本方法與另外兩種信號稀疏表示方法在體波檢測信號處理方面的性能,顯示出本文方法優(yōu)于其他方法的良好性能。(4)研究基于魯棒稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)(RSBL)算法的信號稀疏表示方法,應(yīng)用于窄帶導(dǎo)波信號處理。窄帶導(dǎo)波信號常見于利用PVDF傳感器進行導(dǎo)波檢測的應(yīng)用中,由于窄帶導(dǎo)波信號的頻散特性很小,因此仍然基于Gabor信號模型來設(shè)計字典矩陣,然后借助于RSBL算法來實現(xiàn)信號的稀疏分解。本文根據(jù)不同模式的導(dǎo)波信號在結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律,設(shè)計了一種基于圖形表示的導(dǎo)波模式識別、同時實現(xiàn)缺陷定位的方法。數(shù)值模擬和實驗研究結(jié)果顯示,即便對于信噪比較低的信號,本方法依然可以精確重構(gòu)導(dǎo)波信號,并且能夠準確定位缺陷。(5)針對頻散、多模式的導(dǎo)波檢測信號,提出了基于Chirp信號模型的導(dǎo)波信號稀疏缺陷檢測與定位方法。從Chirp模型與導(dǎo)波頻散之間的關(guān)聯(lián)性出發(fā),詳細介紹了Chirp字典矩陣設(shè)計、導(dǎo)波信號重構(gòu)、導(dǎo)播模式識別與缺陷定位方法。系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究顯示,本方法在不同噪聲水平下均可對信號進行準確重構(gòu)。本文提出利用不同模式導(dǎo)波的時間延遲進行缺陷定位,并通過實驗研究驗證了本文中所采用的3個傳感器進行缺陷定位的方法可以實現(xiàn)缺陷的有效、精確定位。
[Abstract]:In the field of civil engineering , ultrasonic nondestructive testing has been widely used in the detection of structural damage such as building structure , bridge and pipeline . ( 4 ) The signal sparse representation method based on robust sparse Bayesian learning ( RSBL ) algorithm is used in the narrow band guided wave signal processing .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU317

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本文編號：1855408