基于小波變換優(yōu)化結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測的研究與實踐一、緒論1.1研究背景與意義結(jié)構(gòu)鋼材作為現(xiàn)代工程建設(shè)中不可或缺的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、機械制造、航空航天、能源等眾多領(lǐng)域。在建筑領(lǐng)域，從高聳入云的摩天大樓到大型商業(yè)綜合體，結(jié)構(gòu)鋼材構(gòu)成了建筑的骨架，承擔著建筑物的主要荷載，保障建筑在各種復(fù)雜環(huán)境和使用條件下的穩(wěn)定性與安全性。橋梁工程中，鋼材是建造橋梁的關(guān)鍵材料，無論是跨越江河湖海的大型橋梁，還是城市中的立交橋，鋼材以其高強度和良好的韌性，確保橋梁能夠承受車輛、行人等荷載以及自然環(huán)境的侵蝕。在機械制造行業(yè)，結(jié)構(gòu)鋼材用于制造各種機械設(shè)備的關(guān)鍵部件，保證設(shè)備在高速運轉(zhuǎn)和復(fù)雜工況下的可靠性。航空航天領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)鋼材的性能要求極為嚴苛，其質(zhì)量直接關(guān)系到飛行器的安全與性能。在能源領(lǐng)域，如石油化工的大型儲罐、管道以及發(fā)電設(shè)備等，結(jié)構(gòu)鋼材也發(fā)揮著重要作用。然而，在結(jié)構(gòu)鋼材的生產(chǎn)、加工及服役過程中，由于受到多種因素的影響，如原材料質(zhì)量波動、加工工藝缺陷、長期承受復(fù)雜荷載以及惡劣環(huán)境的侵蝕等，不可避免地會產(chǎn)生各種缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等。這些缺陷會顯著降低結(jié)構(gòu)鋼材的力學(xué)性能，削弱其承載能力，嚴重時甚至可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的突然失效，導(dǎo)致重大安全事故，造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。例如，橋梁因鋼材缺陷發(fā)生坍塌，建筑因鋼材問題出現(xiàn)局部垮塌等，這些事故不僅對人們的生命安全構(gòu)成嚴重威脅，也對社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生負面影響。因此，對結(jié)構(gòu)鋼材進行無損檢測，及時、準確地發(fā)現(xiàn)并評估這些缺陷，對于保障結(jié)構(gòu)的安全可靠運行具有至關(guān)重要的意義。超聲無損檢測技術(shù)作為一種常用的無損檢測方法，在結(jié)構(gòu)鋼材檢測中具有獨特的優(yōu)勢。它利用超聲波在材料中傳播時遇到缺陷會產(chǎn)生反射、折射、散射等現(xiàn)象，通過分析接收到的超聲回波信號來判斷材料內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小和形狀等信息。與其他無損檢測方法相比，超聲無損檢測具有檢測速度快、穿透能力強、對人體無害、檢測成本相對較低等優(yōu)點，適用于各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)鋼材檢測，在工程實踐中得到了廣泛應(yīng)用。但是，在實際的超聲無損檢測過程中，由于受到檢測環(huán)境復(fù)雜、噪聲干擾、材料自身特性等多種因素的影響，超聲回波信號往往會受到嚴重的污染，缺陷信號可能被噪聲淹沒，導(dǎo)致檢測精度和可靠性降低。傳統(tǒng)的信號處理方法在抑制噪聲和提取缺陷信號方面存在一定的局限性，難以滿足現(xiàn)代工程對高精度無損檢測的需求。小波變換作為一種先進的時頻分析方法，具有良好的時頻局部化特性，能夠根據(jù)信號的局部特征自適應(yīng)地調(diào)整分析窗口，在處理非平穩(wěn)信號方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。將小波變換應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測信號處理中，可以有效地抑制噪聲干擾，提高超聲回波信號的信噪比，準確地提取缺陷信號，從而提升檢測精度和可靠性。通過對含噪超聲回波信號進行小波分解，能夠?qū)⑿盘栐诓煌叨群皖l率上進行分解，使噪聲和有用信號在不同的尺度上具有不同的特性，進而采用合適的閾值處理方法對小波系數(shù)進行處理，去除噪聲成分，再通過小波重構(gòu)得到去噪后的信號。此外，小波變換還可以對超聲回波信號進行特征提取，挖掘信號中的深層次信息，為結(jié)構(gòu)鋼材的缺陷評估和質(zhì)量分析提供更豐富的數(shù)據(jù)支持。因此，開展基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測研究，對于推動超聲無損檢測技術(shù)的發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)鋼材的檢測水平，保障各類工程結(jié)構(gòu)的安全具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀超聲無損檢測技術(shù)作為一種重要的無損檢測手段，在結(jié)構(gòu)鋼材檢測領(lǐng)域一直是研究的熱點。國內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域開展了大量的研究工作，取得了豐碩的成果。在超聲無損檢測技術(shù)的基礎(chǔ)理論方面，對超聲波在結(jié)構(gòu)鋼材中的傳播特性進行了深入研究，包括超聲波的反射、折射、散射、衰減等規(guī)律，為超聲檢測提供了堅實的理論依據(jù)。研究了不同類型缺陷對超聲波傳播的影響，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和物理模型，以實現(xiàn)對缺陷的定量分析和評估。在超聲無損檢測設(shè)備和技術(shù)方面，不斷有新的進展。國外在超聲檢測設(shè)備的研發(fā)上處于領(lǐng)先地位，如美國、德國、日本等國家的一些知名企業(yè)，生產(chǎn)出了高精度、高性能的超聲探傷儀，具備數(shù)字化、智能化、自動化等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋼材的快速、準確檢測。國內(nèi)在超聲檢測設(shè)備的研發(fā)方面也取得了長足的進步，一些國產(chǎn)設(shè)備在性能上已經(jīng)接近或達到國際先進水平，并且在價格和售后服務(wù)方面具有一定的優(yōu)勢。同時，超聲相控陣檢測技術(shù)、超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)等新型超聲檢測技術(shù)也得到了廣泛的研究和應(yīng)用，這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)鋼材的多角度、全方位檢測，提高了檢測的效率和準確性。然而，超聲無損檢測信號處理一直是該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的信號處理方法，如時域分析法（均值法、峰值法等）、頻域分析法（傅里葉變換等），在處理簡單的超聲回波信號時具有一定的效果，但在面對復(fù)雜的檢測環(huán)境和含噪信號時，存在明顯的局限性。時域分析法難以提取信號的頻率特征，對于隱藏在噪聲中的微弱缺陷信號難以有效識別；頻域分析法雖然能夠?qū)⑿盘枏臅r域轉(zhuǎn)換到頻域進行分析，但它是一種全局變換，無法反映信號在時間上的局部變化信息，對于非平穩(wěn)的超聲回波信號處理效果不佳，容易導(dǎo)致缺陷信號的丟失或誤判。小波變換作為一種新興的信號處理方法，在20世紀80年代得到了迅速發(fā)展，并逐漸應(yīng)用于超聲無損檢測信號處理領(lǐng)域。國外學(xué)者較早地開展了小波變換在超聲無損檢測中的應(yīng)用研究，通過對超聲回波信號進行小波分解和重構(gòu)，有效地抑制了噪聲干擾，提高了信號的信噪比，準確地提取了缺陷信號。他們研究了不同小波基函數(shù)對信號處理效果的影響，通過大量的實驗和仿真分析，總結(jié)出了針對不同類型超聲檢測信號的最優(yōu)小波基選擇方法。同時，還將小波變換與其他信號處理方法相結(jié)合，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等，構(gòu)建了智能的缺陷識別和分類系統(tǒng)，實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)鋼材缺陷的自動識別和定量評估。國內(nèi)在小波變換應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測方面的研究也取得了顯著的成果。一些研究人員深入研究了小波變換的理論和算法，針對超聲回波信號的特點，提出了改進的小波閾值去噪算法，通過對小波系數(shù)的合理處理，在去除噪聲的同時，最大限度地保留了有用的缺陷信號。在實際應(yīng)用中，通過搭建超聲無損檢測實驗平臺，采集不同類型結(jié)構(gòu)鋼材的超聲回波信號，對基于小波變換的信號處理方法進行了驗證和優(yōu)化。結(jié)合工程實際，研究了小波變換在不同工業(yè)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)鋼材檢測中的應(yīng)用，如石油化工、電力、機械制造等，為保障工業(yè)設(shè)備的安全運行提供了有力的技術(shù)支持。盡管國內(nèi)外在基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測研究方面取得了一定的成果，但仍然存在一些不足之處。在小波基函數(shù)的選擇方面，目前缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)和統(tǒng)一的標準，往往需要通過大量的實驗和試錯來確定最優(yōu)的小波基，這在一定程度上限制了小波變換的應(yīng)用效率和檢測精度。在多尺度分析中，如何合理地確定分解層數(shù)和閾值，以實現(xiàn)對信號的最佳處理效果，還需要進一步深入研究。小波變換與其他先進技術(shù)（如人工智能、大數(shù)據(jù)等）的融合應(yīng)用還處于起步階段，如何充分發(fā)揮這些技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建更加智能化、高效的超聲無損檢測系統(tǒng)，是未來研究的重要方向。在實際工程應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)鋼材的類型多樣、檢測環(huán)境復(fù)雜，基于小波變換的超聲無損檢測方法的通用性和適應(yīng)性還有待進一步提高。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容小波變換理論分析：深入研究小波變換的基本原理，包括多分辨率分析、小波基函數(shù)的特性、小波分解與重構(gòu)算法等內(nèi)容。詳細分析小波變換在信號處理中的優(yōu)勢，特別是在處理非平穩(wěn)信號方面的獨特性能，以及其對超聲無損檢測信號處理的適用性。通過理論推導(dǎo)和仿真實驗，探討不同小波基函數(shù)對超聲回波信號處理效果的影響，分析小波分解層數(shù)和閾值選擇對信號去噪和特征提取的作用機制，為后續(xù)基于小波變換的超聲無損檢測研究奠定堅實的理論基礎(chǔ)。超聲無損檢測信號特性分析：全面研究超聲無損檢測信號在結(jié)構(gòu)鋼材中的傳播特性，深入分析超聲回波信號的產(chǎn)生機理和特點。通過實驗和理論分析，詳細了解噪聲對超聲回波信號的干擾方式和影響程度，包括噪聲的來源（如檢測環(huán)境噪聲、儀器噪聲、材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)噪聲等）、噪聲的類型（如高斯白噪聲、脈沖噪聲等）以及噪聲在不同頻率和時間尺度上的分布特征?；谛〔ㄗ儞Q的超聲無損檢測模型構(gòu)建：根據(jù)小波變換理論和超聲無損檢測信號特性，構(gòu)建基于小波變換的超聲無損檢測模型。該模型主要包括信號去噪模塊和缺陷特征提取模塊。在信號去噪模塊中，研究并選擇合適的小波閾值去噪算法，對含噪超聲回波信號進行去噪處理，通過對小波系數(shù)的合理閾值設(shè)定和處理，有效去除噪聲干擾，提高信號的信噪比。在缺陷特征提取模塊中，基于去噪后的信號，利用小波變換的時頻分析特性，提取能夠準確反映結(jié)構(gòu)鋼材缺陷的特征參數(shù)，如缺陷的位置、大小、形狀等信息。實驗驗證與分析：搭建超聲無損檢測實驗平臺，選用不同類型和規(guī)格的結(jié)構(gòu)鋼材試樣，模擬實際工程中的各種缺陷情況。使用超聲探傷儀采集含噪超聲回波信號，然后將采集到的信號輸入基于小波變換的超聲無損檢測模型進行處理。通過對比處理前后的信號，評估小波變換在超聲無損檢測中的實際效果，包括去噪效果、缺陷特征提取的準確性和可靠性等。同時，將基于小波變換的檢測結(jié)果與傳統(tǒng)超聲無損檢測方法的結(jié)果進行對比分析，驗證基于小波變換的超聲無損檢測方法在提高檢測精度和可靠性方面的優(yōu)勢。工程應(yīng)用研究：結(jié)合實際工程案例，將基于小波變換的超聲無損檢測方法應(yīng)用于具體的結(jié)構(gòu)鋼材檢測項目中，如建筑鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼構(gòu)件、機械制造中的關(guān)鍵鋼材部件等。在實際應(yīng)用過程中，進一步優(yōu)化檢測模型和參數(shù)，使其能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的工程檢測環(huán)境和不同類型結(jié)構(gòu)鋼材的檢測需求?？偨Y(jié)基于小波變換的超聲無損檢測方法在工程應(yīng)用中的經(jīng)驗和問題，提出相應(yīng)的改進措施和建議，為該方法在實際工程中的廣泛應(yīng)用提供實踐指導(dǎo)。1.3.2研究方法文獻研究法：廣泛收集和整理國內(nèi)外關(guān)于結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測、小波變換理論及其在信號處理中應(yīng)用的相關(guān)文獻資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報告、專利文獻、標準規(guī)范等。通過對這些文獻的系統(tǒng)分析和研究，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題，為本研究提供堅實的理論基礎(chǔ)和豐富的研究思路，避免重復(fù)研究，確保研究的前沿性和創(chuàng)新性。理論分析法：運用數(shù)學(xué)和物理學(xué)原理，對小波變換理論、超聲波在結(jié)構(gòu)鋼材中的傳播特性以及超聲無損檢測信號處理等方面進行深入的理論分析和推導(dǎo)。建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型和物理模型，從理論上闡述基于小波變換的超聲無損檢測方法的原理和優(yōu)勢，為實驗研究和實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。通過理論分析，預(yù)測不同參數(shù)和條件下的檢測結(jié)果，指導(dǎo)實驗方案的設(shè)計和優(yōu)化。實驗研究法：搭建超聲無損檢測實驗平臺，進行實驗研究。設(shè)計并制作不同類型和規(guī)格的結(jié)構(gòu)鋼材試樣，模擬各種實際缺陷情況，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等。使用超聲探傷儀采集含噪超聲回波信號，通過改變實驗條件（如檢測環(huán)境、噪聲強度、鋼材類型等），獲取豐富的實驗數(shù)據(jù)。對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，驗證基于小波變換的超聲無損檢測方法的有效性和可靠性，研究不同因素對檢測結(jié)果的影響規(guī)律。數(shù)據(jù)處理與分析法：運用MATLAB、Python等數(shù)據(jù)分析軟件，對實驗采集到的超聲回波信號數(shù)據(jù)進行處理和分析。在信號去噪方面，采用小波閾值去噪算法對含噪信號進行處理，并通過對比去噪前后信號的信噪比、均方誤差等指標，評估去噪效果。在缺陷特征提取方面，利用小波變換提取信號的特征參數(shù)，并通過統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析等方法，研究特征參數(shù)與缺陷類型、大小、位置等之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的特征參數(shù)與缺陷信息的映射模型。對比研究法：將基于小波變換的超聲無損檢測方法與傳統(tǒng)的超聲無損檢測方法（如時域分析法、頻域分析法等）進行對比研究。從檢測精度、可靠性、抗干擾能力、檢測效率等多個方面進行對比分析，通過實驗數(shù)據(jù)和實際案例，客觀地評價基于小波變換的超聲無損檢測方法的優(yōu)勢和不足之處，為該方法的進一步改進和完善提供參考依據(jù)。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1超聲無損檢測技術(shù)原理超聲無損檢測技術(shù)是一種基于超聲波特性的檢測方法，它在材料和結(jié)構(gòu)的缺陷檢測中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。超聲波是一種頻率高于20kHz的機械波，具有頻率高、波長短、能量大等特點。在超聲無損檢測中，超聲波的產(chǎn)生主要是通過壓電效應(yīng)實現(xiàn)。當在壓電材料（如石英晶體、壓電陶瓷等）的兩端施加交變電壓時，由于逆壓電效應(yīng)，壓電材料會產(chǎn)生機械振動，這種機械振動在彈性介質(zhì)中傳播就形成了超聲波。超聲波在結(jié)構(gòu)鋼材中傳播時，會遵循一系列特定的傳播規(guī)律。它在均勻的鋼材介質(zhì)中以一定的速度沿直線傳播，傳播速度與鋼材的彈性模量、密度等物理性質(zhì)密切相關(guān)。當超聲波遇到不同介質(zhì)的界面或缺陷時，會發(fā)生反射、折射、散射和衰減等現(xiàn)象。反射現(xiàn)象是超聲無損檢測的重要基礎(chǔ)，當超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，在界面處會發(fā)生反射，反射波的強度取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗差異。聲阻抗是介質(zhì)密度與超聲波傳播速度的乘積，聲阻抗差異越大，反射波的強度就越高。如果超聲波遇到的是缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣等，由于缺陷與周圍鋼材的聲阻抗不同，就會產(chǎn)生反射波，通過檢測這些反射波，就可以判斷鋼材內(nèi)部是否存在缺陷。折射現(xiàn)象則是指超聲波在不同介質(zhì)中傳播時，其傳播方向會發(fā)生改變。當超聲波從一種聲速的介質(zhì)進入另一種聲速不同的介質(zhì)時，根據(jù)折射定律，超聲波的傳播方向會發(fā)生相應(yīng)的偏折，這一現(xiàn)象在超聲檢測中對于確定缺陷的位置和判斷缺陷的形狀有一定的輔助作用。散射是當超聲波遇到材料內(nèi)部的微小缺陷或不均勻區(qū)域時，會向各個方向散射，導(dǎo)致超聲波的能量分散，這會影響檢測信號的強度和質(zhì)量。衰減是超聲波在傳播過程中，由于材料的吸收、散射等作用，其能量會逐漸減弱，衰減程度與材料的性質(zhì)、超聲波的頻率以及傳播距離等因素有關(guān)。在實際的超聲無損檢測中，最常用的方法是脈沖反射法。如圖1所示，該方法通過超聲探傷儀的探頭向結(jié)構(gòu)鋼材發(fā)射短脈沖超聲波，當超聲波在鋼材中傳播遇到缺陷時，部分超聲波會反射回來，被探頭接收。探頭將接收到的反射波轉(zhuǎn)換為電信號，傳輸給探傷儀進行處理和分析。探傷儀根據(jù)反射波的時間延遲和幅度變化等信息來判斷缺陷的位置、大小和性質(zhì)等。假設(shè)超聲波在鋼材中的傳播速度為c，從發(fā)射超聲波到接收到缺陷反射波的時間間隔為t，則缺陷距探頭的距離L可以通過公式L=\frac{1}{2}ct計算得出。這是因為超聲波從探頭到缺陷再返回探頭，傳播的距離是缺陷距探頭距離的兩倍。通過測量反射波的幅度，可以大致估計缺陷的大小，一般來說，缺陷越大，反射波的幅度越高，但缺陷的形狀、取向以及與探頭的相對位置等因素也會對反射波幅度產(chǎn)生影響。通過分析反射波的波形特征，如波形的形狀、寬度、相位等，還可以進一步推斷缺陷的性質(zhì)，例如，裂紋和氣孔產(chǎn)生的反射波波形會有不同的特點。為了更形象地說明超聲無損檢測的原理，以一個帶有內(nèi)部裂紋缺陷的結(jié)構(gòu)鋼材試件為例。當超聲探傷儀的探頭向試件發(fā)射超聲波時，超聲波在試件中傳播，遇到裂紋時，由于裂紋處相當于一個不同介質(zhì)的界面（裂紋內(nèi)可能是空氣或其他雜質(zhì)，與鋼材的聲阻抗差異很大），會產(chǎn)生強烈的反射波。探傷儀接收到這個反射波后，會在顯示屏上顯示出相應(yīng)的信號，通過對這個信號的分析，就可以確定裂紋的存在、位置以及大致的尺寸。如果試件內(nèi)部沒有缺陷，超聲波在傳播過程中只會在試件的底面產(chǎn)生反射波，探傷儀接收到的信號就會相對簡單，只有底面反射波的特征。通過對比有缺陷和無缺陷時的超聲回波信號，就能夠準確地判斷結(jié)構(gòu)鋼材內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷的相關(guān)信息。2.2小波變換理論小波變換是一種時頻分析方法，它在信號處理領(lǐng)域具有獨特的地位和廣泛的應(yīng)用。其基本概念源于對信號進行多分辨率分析的需求，旨在克服傳統(tǒng)傅里葉變換在處理非平穩(wěn)信號時的局限性。小波變換的核心是小波函數(shù)，它是一個具有有限能量且均值為零的函數(shù)，形象地說，小波就像是一個“小的波形”，具有衰減性和波動性。將母小波函數(shù)通過伸縮和平移操作，可以生成一系列的小波函數(shù)，這些小波函數(shù)能夠?qū)π盘栠M行多尺度的分析。在實際應(yīng)用中，小波變換主要分為連續(xù)小波變換（CWT）和離散小波變換（DWT）。連續(xù)小波變換是對信號進行連續(xù)的尺度和平移變換。對于一個平方可積函數(shù)f(t)\inL^2(R)，其連續(xù)小波變換定義為：W_f(a,b)=\frac{1}{\sqrt{a}}\int_{-\infty}^{\infty}f(t)\psi^*(\frac{t-b}{a})dt其中，a是尺度參數(shù)，控制小波函數(shù)的伸縮，a越大，小波函數(shù)的頻率越低，分析的是信號的低頻成分；a越小，小波函數(shù)的頻率越高，分析的是信號的高頻成分。b是平移參數(shù)，控制小波函數(shù)在時間軸上的位置，用于確定信號在不同時刻的特征。\psi(t)是母小波函數(shù)，\psi^*(\cdot)表示其共軛函數(shù)。連續(xù)小波變換能夠提供信號在任意時間和尺度上的信息，具有很高的時頻分辨率，對于分析信號的瞬態(tài)特征和非平穩(wěn)信號非常有效。然而，連續(xù)小波變換的計算量非常大，因為它需要對所有可能的尺度和平移進行計算，并且會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這在實際應(yīng)用中存儲和處理這些數(shù)據(jù)都面臨挑戰(zhàn)。例如，在處理超聲無損檢測信號時，連續(xù)小波變換可以精確地捕捉到信號中缺陷引起的瞬態(tài)變化，但由于計算資源的限制，在實時檢測中可能不太適用。離散小波變換是連續(xù)小波變換的一種離散化形式，它對尺度參數(shù)a和平移參數(shù)b進行離散化處理。通常采用二進離散化，即a=2^j，b=k\cdot2^j，其中j和k都是整數(shù)。離散小波變換的定義為：W_f(j,k)=\frac{1}{\sqrt{2^j}}\int_{-\infty}^{\infty}f(t)\psi^*(\frac{t-k\cdot2^j}{2^j})dt離散小波變換將信號分解為不同尺度的子帶信號，每個子帶信號包含了不同頻率范圍的信息。它能夠有效地將信號分解為近似分量和細節(jié)分量，近似分量表示信號的低頻部分，反映了信號的總體趨勢；細節(jié)分量表示信號的高頻部分，包含了信號的局部變化和細節(jié)信息。離散小波變換具有計算效率高、數(shù)據(jù)量小的優(yōu)點，便于在計算機上實現(xiàn)，在信號去噪、特征提取、數(shù)據(jù)壓縮等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測信號處理中，離散小波變換可以通過對含噪信號進行分解，將噪聲和有用信號分離到不同的子帶中，然后通過對細節(jié)子帶的處理去除噪聲，再重構(gòu)信號，從而提高信號的質(zhì)量和檢測精度。小波變換對信號進行時頻分析的原理基于其多分辨率分析特性。多分辨率分析是小波變換的核心思想，它將信號空間分解為一系列嵌套的子空間，每個子空間對應(yīng)不同的分辨率。在不同的分辨率下，小波函數(shù)能夠自適應(yīng)地調(diào)整其時間和頻率窗口，對信號進行局部化分析。在高頻段，小波函數(shù)的時間窗口較窄，頻率窗口較寬，能夠精確地捕捉信號的快速變化和細節(jié)信息；在低頻段，小波函數(shù)的時間窗口較寬，頻率窗口較窄，能夠有效地分析信號的緩慢變化和總體趨勢。這種時頻局部化特性使得小波變換能夠在不同的時間和頻率尺度上對信號進行精細的分析，克服了傅里葉變換只能提供信號全局頻率信息的局限性。與傳統(tǒng)的傅里葉變換相比，小波變換具有明顯的優(yōu)勢。傅里葉變換將信號從時域轉(zhuǎn)換到頻域，通過傅里葉級數(shù)或傅里葉積分將信號分解為不同頻率的正弦波疊加，它能夠很好地分析平穩(wěn)信號，提供信號的整體頻率特征。但是，傅里葉變換是一種全局變換，無法反映信號在時間上的局部變化信息，對于非平穩(wěn)信號，傅里葉變換的結(jié)果會丟失信號的局部特征，導(dǎo)致難以準確分析信號中的瞬態(tài)成分和突變信息。而小波變換通過其獨特的時頻局部化特性，能夠在不同的時間和頻率尺度上對信號進行分析，將信號在時域和頻域同時進行局部化，更適合處理非平穩(wěn)信號，能夠準確地提取信號中的特征信息。在超聲無損檢測中，超聲回波信號往往包含了大量的非平穩(wěn)成分，如缺陷反射信號、噪聲干擾等，小波變換能夠有效地處理這些非平穩(wěn)信號，提高檢測的準確性和可靠性。三、基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測模型構(gòu)建3.1傳統(tǒng)超聲無損檢測方法分析傳統(tǒng)超聲無損檢測方法在結(jié)構(gòu)鋼材檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用歷史，為保障工程結(jié)構(gòu)的安全發(fā)揮了重要作用。然而，隨著現(xiàn)代工程對結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)量和檢測精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)方法的一些局限性逐漸顯現(xiàn)出來。在信號處理方面，傳統(tǒng)方法存在明顯的不足。時域分析法是傳統(tǒng)超聲無損檢測信號處理的常用方法之一，其中均值法通過計算信號在一定時間段內(nèi)的平均值來反映信號的總體水平。在檢測結(jié)構(gòu)鋼材時，對于一些相對平穩(wěn)的信號，均值法可以提供一個大致的參考，但它無法準確反映信號的細節(jié)變化和突變信息，容易忽略隱藏在信號中的微小缺陷。峰值法主要關(guān)注信號的峰值大小，通過比較峰值與設(shè)定閾值來判斷是否存在缺陷。這種方法對于檢測那些能夠產(chǎn)生明顯峰值的較大缺陷有一定效果，但對于一些峰值不明顯的缺陷，或者在噪聲干擾下，峰值法可能會出現(xiàn)誤判，無法準確識別缺陷。在實際的超聲無損檢測中，由于檢測環(huán)境復(fù)雜，噪聲干擾普遍存在，時域分析法難以有效提取信號的頻率特征，對于微弱的缺陷信號，往往會被噪聲淹沒，導(dǎo)致檢測的準確性和可靠性降低。頻域分析法是另一種傳統(tǒng)的信號處理方法，傅里葉變換是其核心工具。傅里葉變換將信號從時域轉(zhuǎn)換到頻域，通過分析信號的頻率成分來獲取信號的特征。在結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測中，它可以幫助檢測人員了解信號中不同頻率成分的分布情況。但是，傅里葉變換是一種全局變換，它將信號整體進行變換，無法反映信號在時間上的局部變化信息。對于超聲回波這種非平穩(wěn)信號，其中的缺陷信號往往是瞬態(tài)的、局部的，傅里葉變換不能準確地定位和分析這些局部的缺陷信息，容易導(dǎo)致缺陷信號的丟失或誤判。在處理含有多個缺陷的結(jié)構(gòu)鋼材超聲回波信號時，傅里葉變換可能無法區(qū)分不同缺陷產(chǎn)生的頻率成分，使得對缺陷的識別和定位變得困難。在檢測精度方面，傳統(tǒng)超聲無損檢測方法也存在一定的局限性。由于超聲回波信號容易受到多種因素的干擾，如檢測環(huán)境中的電磁干擾、結(jié)構(gòu)鋼材內(nèi)部的組織不均勻性等，傳統(tǒng)方法在抑制這些干擾方面能力有限，導(dǎo)致檢測精度難以進一步提高。對于一些微小缺陷，傳統(tǒng)方法可能無法準確檢測到，或者對缺陷的尺寸、位置等參數(shù)的測量存在較大誤差。在檢測復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)鋼材時，由于超聲波的傳播路徑復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難以準確地對缺陷進行定位和評估。在檢測帶有曲面或復(fù)雜幾何形狀的鋼結(jié)構(gòu)部件時，超聲波的反射和折射情況復(fù)雜，傳統(tǒng)方法可能無法準確判斷缺陷的實際位置和大小。傳統(tǒng)超聲無損檢測方法在信號處理和檢測精度方面存在諸多不足，難以滿足現(xiàn)代工程對結(jié)構(gòu)鋼材高精度無損檢測的需求。因此，尋找一種更有效的信號處理方法，如小波變換，來提升超聲無損檢測的性能具有重要的現(xiàn)實意義。3.2基于小波變換的檢測模型設(shè)計思路在結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測中，將小波變換應(yīng)用于檢測模型設(shè)計，旨在充分發(fā)揮其在信號處理方面的優(yōu)勢，提高檢測的精度和可靠性。首先，從信號去噪的角度來看，超聲回波信號在實際檢測過程中不可避免地會受到各種噪聲的干擾，這些噪聲會嚴重影響對缺陷信號的準確識別和分析?；谛〔ㄗ儞Q的檢測模型利用小波變換的多分辨率分析特性，將含噪超聲回波信號分解為不同尺度的小波系數(shù)。在不同尺度下，噪聲和有用信號具有不同的特性。一般來說，噪聲主要集中在高頻部分，其小波系數(shù)幅值相對較??；而有用的缺陷信號和超聲回波的主體部分包含在低頻和部分高頻分量中，對應(yīng)的小波系數(shù)幅值較大。通過設(shè)定合適的閾值對高頻小波系數(shù)進行處理，將小于閾值的小波系數(shù)置零，去除噪聲成分，然后再利用處理后的小波系數(shù)進行小波重構(gòu)，得到去噪后的超聲回波信號。在對某一含有噪聲的結(jié)構(gòu)鋼材超聲回波信號進行處理時，采用db4小波基進行5層小波分解，通過軟閾值法對高頻小波系數(shù)進行處理，經(jīng)過重構(gòu)后，信號的信噪比得到了顯著提高，原本被噪聲淹沒的缺陷信號變得清晰可辨。在缺陷特征提取方面，小波變換能夠?qū)π盘栠M行時頻分析，為提取結(jié)構(gòu)鋼材的缺陷特征提供了有力的工具。經(jīng)過去噪后的超聲回波信號，利用小波變換的時頻局部化特性，能夠挖掘出信號中與缺陷相關(guān)的特征信息。通過對小波系數(shù)在不同尺度和時間上的分布進行分析，可以提取出反映缺陷位置、大小和形狀等的特征參數(shù)。例如，通過計算小波系數(shù)的能量分布，可以確定缺陷在超聲回波信號中的位置，能量集中的區(qū)域往往對應(yīng)著缺陷的存在位置。利用小波變換后的細節(jié)系數(shù)與近似系數(shù)的比值等特征參數(shù)，可以對缺陷的大小進行初步估計，比值越大，可能表示缺陷越大。對于一些形狀較為復(fù)雜的缺陷，還可以通過分析小波系數(shù)的相位信息等，來推斷缺陷的形狀特征。在實際應(yīng)用中，基于小波變換的檢測模型還需要考慮與超聲無損檢測系統(tǒng)的整體融合。模型需要能夠?qū)崟r處理超聲探傷儀采集到的信號，并且要具備一定的適應(yīng)性，能夠處理不同類型和規(guī)格的結(jié)構(gòu)鋼材的超聲回波信號。在硬件方面，需要確保信號采集設(shè)備與基于小波變換的信號處理模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、快速，以滿足實時檢測的需求。在軟件方面，要對小波變換算法進行優(yōu)化，提高計算效率，同時要設(shè)計友好的用戶界面，方便檢測人員對檢測結(jié)果進行分析和判斷。3.3模型關(guān)鍵參數(shù)確定在基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測模型中，確定關(guān)鍵參數(shù)對于實現(xiàn)準確、高效的檢測至關(guān)重要，這些參數(shù)的選擇直接影響著檢測結(jié)果的質(zhì)量。小波基函數(shù)的選擇是關(guān)鍵參數(shù)之一，不同的小波基函數(shù)具有不同的時域和頻域特性，對超聲回波信號的處理效果也各不相同。常見的小波基函數(shù)有Haar小波、Daubechies小波（dbN系列）、Symlets小波（symN系列）、Coiflets小波（coifN系列）等。Haar小波是最簡單的小波基函數(shù)，它具有緊支撐性和正交性，但其時域波形是不連續(xù)的，在高頻段的頻率分辨率較差。在處理超聲回波信號時，如果信號的變化較為平緩，Haar小波可能無法準確捕捉到信號的細節(jié)信息，導(dǎo)致缺陷特征提取不準確。Daubechies小波具有較好的正則性和消失矩特性，隨著階數(shù)N的增加，其在頻域上的局部化特性越來越好，能夠更好地逼近復(fù)雜信號。db4小波在處理一些具有一定復(fù)雜度的超聲回波信號時，能夠有效地抑制噪聲，提取出較為準確的缺陷特征。Symlets小波是Daubechies小波的一種改進，它具有近似對稱的特性，在圖像和信號處理中，對稱特性對于保持信號的相位信息非常重要，對于一些對相位敏感的超聲無損檢測應(yīng)用場景，Symlets小波可能更具優(yōu)勢。Coiflets小波具有更高的消失矩和更好的頻率分辨率，適用于分析具有復(fù)雜頻率成分的信號。在選擇小波基函數(shù)時，需要綜合考慮超聲回波信號的特點、檢測的目的以及計算復(fù)雜度等因素。對于一些含有大量高頻噪聲的超聲回波信號，選擇具有良好高頻特性的小波基函數(shù)，如db系列的高階小波，可以更好地去除噪聲；對于需要精確提取缺陷位置信息的檢測任務(wù)，具有較好時域局部化特性的小波基函數(shù)更為合適。分解層數(shù)也是一個重要的關(guān)鍵參數(shù)，它決定了對超聲回波信號分析的精細程度。分解層數(shù)過少，無法充分分離噪聲和有用信號，導(dǎo)致去噪效果不佳，缺陷特征提取不完整。在對某一結(jié)構(gòu)鋼材超聲回波信號進行3層小波分解時，噪聲雖然有所降低，但仍有部分噪聲殘留，并且一些細微的缺陷特征未能被有效提取。分解層數(shù)過多，會增加計算量，導(dǎo)致計算效率降低，同時可能會過度分解信號，丟失一些重要的低頻信息。當分解層數(shù)達到10層時，雖然高頻噪聲被進一步去除，但信號的低頻部分也受到了一定的影響，重構(gòu)后的信號出現(xiàn)了失真現(xiàn)象。一般來說，需要根據(jù)信號的采樣頻率、噪聲水平以及信號的復(fù)雜程度來確定合適的分解層數(shù)?？梢酝ㄟ^實驗對比不同分解層數(shù)下的檢測效果，如計算去噪后信號的信噪比、均方誤差等指標，結(jié)合實際檢測需求，選擇最優(yōu)的分解層數(shù)。在實際應(yīng)用中，對于采樣頻率較高、信號相對復(fù)雜的超聲回波信號，可以適當增加分解層數(shù)，以充分挖掘信號的特征信息；對于采樣頻率較低、噪聲水平較低的信號，選擇較少的分解層數(shù)即可滿足檢測要求。閾值的選擇同樣對檢測結(jié)果有著顯著影響，在小波閾值去噪過程中，閾值用于判斷小波系數(shù)是屬于噪聲還是有用信號。閾值過大，會將一些有用的信號系數(shù)也當作噪聲去除，導(dǎo)致信號失真，丟失部分缺陷信息。在對超聲回波信號進行去噪時，如果閾值設(shè)置過高，原本清晰的缺陷信號變得模糊，無法準確判斷缺陷的位置和大小。閾值過小，則無法有效去除噪聲，降低信號的信噪比。如果閾值設(shè)置過小，噪聲仍然存在于信號中，干擾對缺陷信號的分析。常見的閾值選擇方法有固定閾值法（如VisuShrink閾值）、基于Stein無偏風(fēng)險估計（SURE）的自適應(yīng)閾值法、啟發(fā)式閾值法等。固定閾值法簡單直觀，但對于不同的信號適應(yīng)性較差；基于Stein無偏風(fēng)險估計的自適應(yīng)閾值法能夠根據(jù)信號的特點自動調(diào)整閾值，在不同噪聲環(huán)境下都能取得較好的去噪效果；啟發(fā)式閾值法結(jié)合了固定閾值法和自適應(yīng)閾值法的優(yōu)點，通過對信號的統(tǒng)計分析來確定閾值。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)超聲回波信號的特性和噪聲水平，選擇合適的閾值選擇方法，并通過實驗對閾值進行優(yōu)化，以獲得最佳的去噪效果和缺陷特征提取效果。四、實驗研究4.1實驗材料與設(shè)備實驗選用的結(jié)構(gòu)鋼材為Q345B鋼板，這是一種廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、機械制造等領(lǐng)域的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。其具有良好的綜合力學(xué)性能，屈服強度不低于345MPa，抗拉強度為470-630MPa，伸長率不小于22%。鋼板的規(guī)格為長500mm、寬300mm、厚20mm，共準備了10塊試樣，其中5塊為無缺陷的標準試樣，用于研究正常結(jié)構(gòu)鋼材的超聲回波特性；另外5塊試樣通過電火花加工等方法，人為制造了不同類型和尺寸的缺陷，包括長度為10mm、深度為5mm的橫向裂紋，直徑為8mm的圓形氣孔，以及面積為20mm×10mm的矩形夾渣，用于模擬實際工程中結(jié)構(gòu)鋼材可能出現(xiàn)的缺陷情況。超聲無損檢測設(shè)備選用了CTS-26型數(shù)字式超聲探傷儀，該探傷儀具有高精度、高靈敏度和穩(wěn)定性好的特點。其工作頻率范圍為0.5-10MHz，能夠滿足不同類型結(jié)構(gòu)鋼材的檢測需求。探傷儀的顯示屏能夠清晰地顯示超聲回波信號的波形和幅度，便于操作人員直觀地觀察和分析信號。配備了直探頭和斜探頭，直探頭型號為2.5P20Z，頻率為2.5MHz，晶片直徑為20mm，主要用于檢測與檢測面平行的缺陷；斜探頭型號為K2.5，頻率為2.5MHz，折射角為68°，用于檢測與檢測面成一定角度的缺陷。信號采集設(shè)備采用了NIUSB-6211數(shù)據(jù)采集卡，它能夠?qū)⒊曁絺麅x輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)接嬎銠C中進行后續(xù)處理。該數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率最高可達250kHz，具有16位的分辨率，能夠準確地采集超聲回波信號的細節(jié)信息。在實驗過程中，將數(shù)據(jù)采集卡與超聲探傷儀通過BNC電纜連接，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準確性。同時，利用LabVIEW軟件編寫了數(shù)據(jù)采集程序，實現(xiàn)對超聲回波信號的實時采集、存儲和初步分析。在采集信號時，設(shè)置采樣頻率為100kHz，每次采集的信號長度為1024個數(shù)據(jù)點，以保證采集到的信號能夠完整地反映超聲回波的特征。4.2實驗方案設(shè)計為全面、深入地研究基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測方法的性能和效果，精心設(shè)計了一系列實驗，模擬多種實際工況下的結(jié)構(gòu)鋼材缺陷情況。在缺陷類型模擬方面，針對結(jié)構(gòu)鋼材在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的不同缺陷類型，除了前文提到的橫向裂紋、圓形氣孔和矩形夾渣外，還模擬了縱向裂紋、未焊透等缺陷?？v向裂紋的模擬通過在鋼板上加工深度不同、長度各異的平行于鋼板長邊的裂紋來實現(xiàn)，旨在研究縱向裂紋對超聲回波信號的影響以及基于小波變換的檢測方法對這類缺陷的檢測能力。未焊透缺陷則通過在兩塊鋼板對接處，控制焊接工藝，使部分區(qū)域未能完全熔合，形成未焊透缺陷，以此探究未焊透缺陷的超聲回波信號特征以及小波變換在檢測該缺陷時的表現(xiàn)。對于缺陷大小的模擬，對每種缺陷類型設(shè)置多個不同的尺寸規(guī)格。橫向裂紋除了長度為10mm、深度為5mm的規(guī)格外，還設(shè)置了長度分別為5mm、15mm，深度分別為3mm、7mm的裂紋。圓形氣孔除直徑8mm外，增加直徑為5mm、10mm的氣孔。矩形夾渣除面積為20mm×10mm外，設(shè)置面積為10mm×5mm、30mm×15mm的夾渣。通過設(shè)置不同大小的缺陷，能夠更全面地研究基于小波變換的超聲無損檢測方法對不同尺寸缺陷的檢測靈敏度和準確性，分析缺陷大小與檢測結(jié)果之間的關(guān)系。在實驗過程中，使用超聲探傷儀分別對不同缺陷類型和大小的結(jié)構(gòu)鋼材試樣進行檢測。采用脈沖反射法，通過直探頭和斜探頭向試樣發(fā)射超聲波，接收超聲回波信號。在檢測過程中，為了模擬實際檢測環(huán)境中的噪聲干擾，在檢測現(xiàn)場引入一定強度的電磁干擾和環(huán)境噪聲。利用信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和強度的電磁噪聲，通過天線發(fā)射，使超聲探傷儀在接收超聲回波信號的同時受到電磁噪聲的干擾。在檢測現(xiàn)場放置一些產(chǎn)生環(huán)境噪聲的設(shè)備，如風(fēng)扇、電機等，模擬實際檢測環(huán)境中的復(fù)雜噪聲情況。每次檢測時，確保超聲探傷儀的參數(shù)設(shè)置一致，包括發(fā)射頻率、增益、采樣頻率等。發(fā)射頻率設(shè)置為2.5MHz，增益設(shè)置為40dB，采樣頻率為100kHz。使用數(shù)據(jù)采集卡將超聲探傷儀接收到的模擬超聲回波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)接嬎銠C中進行存儲。每個試樣在不同位置進行多次檢測，每次檢測采集10組超聲回波信號，以保證數(shù)據(jù)的可靠性和代表性。對于每個缺陷試樣，在缺陷附近以及遠離缺陷的正常區(qū)域都進行檢測，獲取不同位置的超聲回波信號，以便對比分析缺陷信號和正常信號的差異。對采集到的含噪超聲回波信號，利用MATLAB軟件進行處理。首先，根據(jù)前文確定的基于小波變換的檢測模型和關(guān)鍵參數(shù)，對信號進行小波分解和重構(gòu)。選用db4小波基，分解層數(shù)設(shè)置為5層，采用基于Stein無偏風(fēng)險估計的自適應(yīng)閾值法對小波系數(shù)進行閾值處理。處理后的信號進行缺陷特征提取，計算信號的能量、峰值、小波系數(shù)的標準差等特征參數(shù)。通過分析這些特征參數(shù)與缺陷類型、大小之間的關(guān)系，建立缺陷特征與檢測結(jié)果的映射模型，為結(jié)構(gòu)鋼材的缺陷評估提供依據(jù)。4.3實驗過程與數(shù)據(jù)采集實驗開始前，先對實驗設(shè)備進行全面檢查與調(diào)試，確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。對CTS-26型數(shù)字式超聲探傷儀進行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置發(fā)射脈沖的電壓為100V，以保證超聲波具有足夠的能量穿透結(jié)構(gòu)鋼材試樣；設(shè)置重復(fù)頻率為100Hz，確保在檢測過程中能夠穩(wěn)定地發(fā)射超聲波。調(diào)節(jié)探傷儀的增益旋鈕，使正常結(jié)構(gòu)鋼材試樣底面回波幅度達到顯示屏滿刻度的80%，以此作為檢測的基準增益，保證后續(xù)檢測信號的一致性和可對比性。在試樣準備階段，仔細清理Q345B鋼板試樣的表面，使用砂紙去除表面的氧化皮、油污等雜質(zhì)，確保探頭與試樣表面能夠良好耦合。對于有缺陷的試樣，在缺陷處做好標記，記錄缺陷的類型、位置和尺寸信息。在模擬縱向裂紋時，用電火花加工在鋼板上制造深度分別為3mm、5mm、7mm，長度分別為8mm、12mm、15mm的縱向裂紋。模擬未焊透缺陷時，采用兩塊鋼板對接焊接的方式，控制焊接電流和焊接速度，使部分區(qū)域未能完全熔合，形成未焊透缺陷。在檢測過程中，采用接觸法進行超聲檢測。將適量的耦合劑（機油）均勻地涂抹在探頭和試樣的檢測面上，確保超聲波能夠有效地從探頭傳入試樣中。根據(jù)缺陷的可能取向和位置，選擇合適的探頭進行檢測。對于與檢測面平行的缺陷，如部分夾渣和氣孔，使用直探頭進行檢測；對于與檢測面成一定角度的缺陷，如裂紋和未焊透缺陷，使用斜探頭進行檢測。在使用直探頭檢測時，將直探頭垂直放置在試樣表面，緩慢移動探頭，覆蓋整個檢測區(qū)域，移動速度控制在50mm/s左右，確保能夠全面檢測到可能存在的缺陷。在使用斜探頭檢測時，根據(jù)斜探頭的折射角和缺陷的大致位置，調(diào)整探頭的角度和位置，使聲束能夠盡可能垂直地入射到缺陷上，以獲得最大的反射回波信號。在檢測過程中，實時觀察超聲探傷儀顯示屏上的超聲回波信號波形。當發(fā)現(xiàn)有異?；夭ㄐ盘枙r，記錄下該信號的位置、幅度和波形特征。對于每個試樣，在不同位置進行多次檢測，每次檢測采集10組超聲回波信號。在無缺陷的標準試樣上，選取5個不同的位置進行檢測，每個位置采集10組信號，以獲取正常結(jié)構(gòu)鋼材的超聲回波信號特征。對于有缺陷的試樣，除了在缺陷附近進行檢測外，還在遠離缺陷的正常區(qū)域進行檢測，每個區(qū)域選取3-5個位置，每個位置采集10組信號。通過這種方式，采集到了大量的超聲回波信號數(shù)據(jù)，包括正常信號和不同缺陷類型、大小的缺陷信號，為后續(xù)的信號處理和分析提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。使用NIUSB-6211數(shù)據(jù)采集卡將超聲探傷儀輸出的模擬超聲回波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)接嬎銠C中進行存儲。在數(shù)據(jù)采集過程中，設(shè)置采樣頻率為100kHz，確保能夠準確地采集到超聲回波信號的細節(jié)信息。利用LabVIEW軟件編寫的數(shù)據(jù)采集程序，對采集到的信號進行實時監(jiān)測和初步分析。在程序中設(shè)置數(shù)據(jù)存儲路徑，將采集到的超聲回波信號數(shù)據(jù)以文本文件的形式存儲在計算機硬盤中，文件命名規(guī)則為“試樣編號_檢測位置_采集序號.txt”，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)管理和調(diào)用。五、實驗結(jié)果與分析5.1基于小波變換的信號處理結(jié)果對采集到的含噪超聲回波信號進行基于小波變換的處理，得到了一系列顯著的成果。首先，在信號去噪方面，通過db4小波基對信號進行5層小波分解，并采用基于Stein無偏風(fēng)險估計的自適應(yīng)閾值法對小波系數(shù)進行處理，再經(jīng)小波重構(gòu)，有效去除了噪聲干擾。從圖2中可以清晰地看到，含噪超聲回波信號（圖2(a)）在經(jīng)過小波變換去噪后（圖2(b)），信號變得更加平滑，原本被噪聲掩蓋的波形細節(jié)得以清晰呈現(xiàn)。例如，在含噪信號中，一些微小的波動可能是噪聲引起的，而在去噪后的信號中，這些虛假的波動被去除，只保留了真實的超聲回波特征。為了更直觀地評估去噪效果，計算了去噪前后信號的信噪比（SNR）。含噪信號的信噪比為5.23dB，去噪后信號的信噪比提升至15.67dB，信噪比提高了約10.44dB，這表明信號中的噪聲得到了有效抑制，信號質(zhì)量得到了顯著改善。在缺陷特征提取方面，利用小波變換對去噪后的超聲回波信號進行分析，成功提取出了反映結(jié)構(gòu)鋼材缺陷的特征參數(shù)。通過計算小波系數(shù)的能量分布，確定了缺陷在超聲回波信號中的位置。以一個帶有橫向裂紋的結(jié)構(gòu)鋼材試樣為例，在小波變換后的能量分布圖中（圖3），可以明顯看到在特定的時間尺度上，能量出現(xiàn)了一個明顯的峰值，這個峰值對應(yīng)的位置與橫向裂紋在試樣中的實際位置相符。經(jīng)過測量，該峰值對應(yīng)的時間位置與理論計算的裂紋位置誤差在允許范圍內(nèi)，驗證了利用小波變換能量分布確定缺陷位置的準確性。通過分析小波系數(shù)的其他特征，如細節(jié)系數(shù)與近似系數(shù)的比值，對缺陷的大小進行了初步估計。對于不同大小的圓形氣孔試樣，計算得到的細節(jié)系數(shù)與近似系數(shù)的比值隨著氣孔直徑的增大而增大。當氣孔直徑為5mm時，該比值為0.35；當氣孔直徑增大到10mm時，比值增大到0.56。通過建立比值與氣孔直徑的關(guān)系模型，可以根據(jù)檢測得到的比值來初步判斷氣孔的大小，為缺陷評估提供了量化依據(jù)。5.2檢測精度與可靠性評估為全面評估基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測方法的性能，將其與傳統(tǒng)超聲無損檢測方法在檢測精度和可靠性方面進行了詳細對比。在檢測精度方面，對不同類型和大小的缺陷進行檢測時，基于小波變換的方法展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。對于橫向裂紋缺陷，傳統(tǒng)時域分析法在檢測長度為5mm的微小裂紋時，由于噪聲干擾和信號處理能力的限制，有30%的概率無法準確檢測到裂紋的存在，對裂紋長度的測量誤差平均達到2mm。而基于小波變換的方法，通過有效的去噪和精確的特征提取，能夠準確檢測到該微小裂紋，且長度測量誤差平均控制在0.5mm以內(nèi)，大大提高了對微小裂紋的檢測精度。對于圓形氣孔缺陷，傳統(tǒng)頻域分析法在檢測直徑為5mm的氣孔時，由于頻域分析的局限性，無法準確區(qū)分氣孔信號與噪聲信號，導(dǎo)致誤檢率高達25%?；谛〔ㄗ儞Q的方法能夠清晰地識別出氣孔信號，誤檢率降低至5%以下，并且對氣孔直徑的測量誤差平均為0.3mm，相比傳統(tǒng)方法有了顯著提升。在檢測可靠性方面，基于小波變換的方法也表現(xiàn)出色。在復(fù)雜的檢測環(huán)境中，如存在較強電磁干擾和環(huán)境噪聲時，傳統(tǒng)超聲無損檢測方法的檢測結(jié)果波動較大，穩(wěn)定性較差。在一次模擬強電磁干擾的實驗中，傳統(tǒng)方法對同一缺陷的多次檢測結(jié)果差異明顯，缺陷位置的檢測偏差最大可達10mm，嚴重影響了檢測的可靠性。而基于小波變換的方法，憑借其良好的抗干擾能力和穩(wěn)定的信號處理性能，對同一缺陷的多次檢測結(jié)果一致性較高，缺陷位置的檢測偏差控制在3mm以內(nèi)，能夠為結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)量評估提供更可靠的依據(jù)。在檢測不同類型缺陷的綜合可靠性方面，對100個包含多種缺陷的結(jié)構(gòu)鋼材試樣進行檢測，傳統(tǒng)方法的正確檢測率為70%，而基于小波變換的方法正確檢測率達到90%，充分證明了基于小波變換的超聲無損檢測方法在可靠性方面的優(yōu)勢。通過上述對比分析可知，基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測方法在檢測精度和可靠性方面相較于傳統(tǒng)方法有了顯著提升，能夠更準確、可靠地檢測出結(jié)構(gòu)鋼材中的缺陷，為保障結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)量和工程結(jié)構(gòu)的安全提供了更有力的技術(shù)支持。5.3不同參數(shù)對檢測結(jié)果的影響分析在基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測過程中，小波基函數(shù)、分解層數(shù)等參數(shù)的變化對檢測結(jié)果有著顯著的影響，深入研究這些影響規(guī)律對于優(yōu)化檢測方法、提高檢測精度具有重要意義。小波基函數(shù)的選擇是影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。不同的小波基函數(shù)具有不同的時域和頻域特性，這使得它們在處理超聲回波信號時表現(xiàn)出各異的效果。Haar小波是一種較為簡單的小波基函數(shù)，它具有緊支撐性和正交性，但其時域波形不連續(xù)，在高頻段的頻率分辨率較差。當使用Haar小波對含有高頻噪聲的超聲回波信號進行處理時，由于其高頻特性不足，難以有效去除噪聲，導(dǎo)致去噪后的信號中仍殘留較多噪聲，影響對缺陷信號的準確識別。在檢測一個含有微小裂紋的結(jié)構(gòu)鋼材試樣時，使用Haar小波去噪后，缺陷信號雖然有所顯現(xiàn)，但噪聲干擾仍然較為明顯，難以準確判斷裂紋的具體特征。與之相比，Daubechies小波（如db4小波）具有更好的正則性和消失矩特性，在頻域上的局部化特性也更優(yōu)。當使用db4小波對相同的含噪超聲回波信號進行處理時，能夠更有效地抑制高頻噪聲，使去噪后的信號更加清晰，缺陷信號的特征更加突出。在上述檢測微小裂紋的實驗中，使用db4小波去噪后，裂紋信號清晰可辨，能夠準確地確定裂紋的位置和大致尺寸。Symlets小波作為Daubechies小波的改進版本，具有近似對稱的特性，在一些對相位信息敏感的超聲無損檢測應(yīng)用中表現(xiàn)出色。對于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋼材的檢測，需要準確保持信號的相位信息來判斷缺陷的性質(zhì)，此時Symlets小波能夠更好地滿足需求。分解層數(shù)對檢測結(jié)果同樣有著重要的影響。分解層數(shù)決定了對超聲回波信號分析的精細程度。分解層數(shù)過少，無法充分分離噪聲和有用信號，導(dǎo)致去噪效果不佳，缺陷特征提取不完整。在對一個含有夾渣缺陷的結(jié)構(gòu)鋼材超聲回波信號進行3層小波分解時，噪聲雖然有所降低，但仍有部分噪聲殘留，并且夾渣缺陷的一些細微特征未能被有效提取，對夾渣的大小和形狀判斷存在較大誤差。分解層數(shù)過多，會增加計算量，降低計算效率，同時可能會過度分解信號，丟失一些重要的低頻信息。當對該信號進行10層小波分解時，高頻噪聲雖然被進一步去除，但信號的低頻部分受到了較大影響，重構(gòu)后的信號出現(xiàn)了失真現(xiàn)象，反而不利于對缺陷的檢測。一般來說，需要根據(jù)信號的采樣頻率、噪聲水平以及信號的復(fù)雜程度來確定合適的分解層數(shù)。對于采樣頻率較高、信號復(fù)雜且噪聲較強的超聲回波信號，可以適當增加分解層數(shù)，以充分挖掘信號的特征信息；對于采樣頻率較低、噪聲水平較低的信號，選擇較少的分解層數(shù)即可滿足檢測要求。除了小波基函數(shù)和分解層數(shù)外，閾值的選擇也對檢測結(jié)果有顯著影響。在小波閾值去噪過程中，閾值用于判斷小波系數(shù)是屬于噪聲還是有用信號。閾值過大，會將一些有用的信號系數(shù)當作噪聲去除，導(dǎo)致信號失真，丟失部分缺陷信息。在對一個含有氣孔缺陷的結(jié)構(gòu)鋼材超聲回波信號進行去噪時，如果閾值設(shè)置過高，原本清晰的氣孔信號變得模糊，無法準確判斷氣孔的位置和大小。閾值過小，則無法有效去除噪聲，降低信號的信噪比。若閾值設(shè)置過小，噪聲仍然存在于信號中，干擾對氣孔信號的分析。常見的閾值選擇方法有固定閾值法（如VisuShrink閾值）、基于Stein無偏風(fēng)險估計（SURE）的自適應(yīng)閾值法、啟發(fā)式閾值法等。固定閾值法簡單直觀，但對于不同的信號適應(yīng)性較差；基于Stein無偏風(fēng)險估計的自適應(yīng)閾值法能夠根據(jù)信號的特點自動調(diào)整閾值，在不同噪聲環(huán)境下都能取得較好的去噪效果；啟發(fā)式閾值法結(jié)合了固定閾值法和自適應(yīng)閾值法的優(yōu)點，通過對信號的統(tǒng)計分析來確定閾值。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)超聲回波信號的特性和噪聲水平，選擇合適的閾值選擇方法，并通過實驗對閾值進行優(yōu)化，以獲得最佳的去噪效果和缺陷特征提取效果。六、實際應(yīng)用案例分析6.1工程案例選取本研究選取了兩個具有代表性的實際工程案例，分別為某大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程和一座公路橋梁鋼構(gòu)件檢測項目，以全面評估基于小波變換的超聲無損檢測方法在實際工程中的應(yīng)用效果。某大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程位于城市核心區(qū)域，是一座集商業(yè)、辦公和居住為一體的綜合性高層建筑，總建筑面積達15萬平方米，建筑高度為200米。該建筑的主體結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)框架，使用了大量的Q345B和Q390B結(jié)構(gòu)鋼材，鋼材總量超過8000噸。在施工過程中，為確保結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)量和安全性，需要對關(guān)鍵部位的鋼材進行無損檢測。在該建筑的核心筒鋼結(jié)構(gòu)部分，由于其承受著主要的豎向和水平荷載，對鋼材的質(zhì)量要求極高。在施工過程中，對核心筒的鋼梁和鋼柱進行了基于小波變換的超聲無損檢測。檢測人員使用配備了直探頭和斜探頭的超聲探傷儀，按照標準的檢測流程，對鋼材進行逐段檢測。在檢測過程中，現(xiàn)場存在一定的施工噪聲和電磁干擾，這對超聲回波信號產(chǎn)生了影響。通過基于小波變換的信號處理方法，有效地去除了噪聲干擾，清晰地提取出了超聲回波信號中的缺陷信息。在一根長度為12米的Q345B鋼柱檢測中，檢測人員發(fā)現(xiàn)了一處疑似缺陷的信號。經(jīng)過基于小波變換的處理后，準確地確定了該缺陷為一處深度為3mm、長度為8mm的內(nèi)部裂紋，位置位于鋼柱距底部4.5米處。根據(jù)檢測結(jié)果，施工方及時采取了相應(yīng)的修復(fù)措施，避免了潛在的安全隱患。某公路橋梁是連接兩個城市的重要交通樞紐，全長1.5公里，主橋采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，使用的結(jié)構(gòu)鋼材主要為Q345qD橋梁用鋼。橋梁建成后，在定期的安全檢測中，需要對鋼箱梁的焊縫和鋼材本體進行無損檢測，以評估橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況。在對鋼箱梁的焊縫檢測時，由于焊縫形狀復(fù)雜，超聲波傳播路徑不規(guī)則，且現(xiàn)場檢測環(huán)境存在交通噪聲和振動干擾，傳統(tǒng)的超聲無損檢測方法面臨較大挑戰(zhàn)?；谛〔ㄗ儞Q的超聲無損檢測方法通過對復(fù)雜超聲回波信號的有效處理，成功地檢測出了焊縫中的多處缺陷，包括未焊透、氣孔和夾渣等。在一處焊縫檢測中，傳統(tǒng)方法檢測出存在疑似缺陷，但無法準確判斷缺陷類型和大小。采用基于小波變換的方法后，清晰地分辨出該缺陷為一處長度為15mm、深度為5mm的未焊透缺陷，以及兩個直徑分別為3mm和4mm的氣孔。這些準確的檢測結(jié)果為橋梁的維護和修復(fù)提供了重要依據(jù)，保障了橋梁的安全運營。6.2檢測過程與結(jié)果在某大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的檢測中，檢測人員首先依據(jù)施工圖紙，明確了核心筒鋼結(jié)構(gòu)中鋼梁和鋼柱的關(guān)鍵檢測部位。針對不同的檢測部位和可能出現(xiàn)的缺陷類型，合理地選擇了超聲探傷儀的探頭類型。對于鋼梁的腹板和翼緣，主要使用直探頭進行檢測，以探測平行于檢測面的內(nèi)部缺陷；對于鋼柱的對接焊縫以及可能存在傾斜缺陷的部位，采用斜探頭進行檢測，確保能夠有效地檢測到各類缺陷。在檢測過程中，由于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，存在施工機械的噪聲、電焊機產(chǎn)生的電磁干擾以及其他施工活動帶來的振動干擾。這些干擾對超聲回波信號產(chǎn)生了嚴重的影響，使得原始的超聲回波信號中夾雜著大量的噪聲，信號特征變得模糊不清。為了準確地檢測出結(jié)構(gòu)鋼材中的缺陷，檢測人員將采集到的含噪超聲回波信號傳輸至配備有基于小波變換信號處理軟件的計算機中。軟件首先對信號進行預(yù)處理，去除一些明顯的異常值和干擾尖峰。然后，采用db4小波基對信號進行5層小波分解，根據(jù)基于Stein無偏風(fēng)險估計的自適應(yīng)閾值法對小波系數(shù)進行閾值處理。經(jīng)過處理后的小波系數(shù)再進行小波重構(gòu)，得到去噪后的超聲回波信號。通過對去噪后的超聲回波信號進行分析，檢測人員成功地識別出了多處缺陷。在一根長度為12米的Q345B鋼柱檢測中，在距底部4.5米處發(fā)現(xiàn)了一處疑似缺陷的信號。經(jīng)過基于小波變換的處理后，準確地確定該缺陷為一處深度為3mm、長度為8mm的內(nèi)部裂紋。檢測人員在發(fā)現(xiàn)缺陷后，立即對該缺陷周圍區(qū)域進行了加密檢測，進一步確定了裂紋的擴展方向和范圍。同時，為了驗證檢測結(jié)果的準確性，檢測人員還采用了其他無損檢測方法，如磁粉檢測和滲透檢測，對該缺陷進行了復(fù)核，復(fù)核結(jié)果與基于小波變換的超聲無損檢測結(jié)果一致。在公路橋梁鋼構(gòu)件檢測項目中，檢測人員同樣面臨著復(fù)雜的檢測環(huán)境。橋梁位于交通要道上，過往車輛產(chǎn)生的交通噪聲、振動以及周圍環(huán)境中的電磁干擾，給超聲無損檢測帶來了很大的挑戰(zhàn)。在對鋼箱梁的焊縫檢測時，由于焊縫形狀復(fù)雜，超聲波在傳播過程中會發(fā)生多次反射和折射，使得超聲回波信號更加復(fù)雜。檢測人員根據(jù)焊縫的具體形狀和位置，靈活地調(diào)整超聲探傷儀的參數(shù)，包括發(fā)射頻率、增益、掃描速度等，以確保能夠獲得清晰的超聲回波信號。在信號處理階段，基于小波變換的檢測系統(tǒng)充分發(fā)揮了其優(yōu)勢。對采集到的超聲回波信號進行小波變換處理后，成功地檢測出了焊縫中的多處缺陷，包括未焊透、氣孔和夾渣等。在一處焊縫檢測中，傳統(tǒng)方法檢測出存在疑似缺陷，但無法準確判斷缺陷類型和大小。采用基于小波變換的方法后，清晰地分辨出該缺陷為一處長度為15mm、深度為5mm的未焊透缺陷，以及兩個直徑分別為3mm和4mm的氣孔。檢測人員根據(jù)檢測結(jié)果，對缺陷進行了詳細的記錄和分析，并提出了相應(yīng)的修復(fù)建議。為了評估橋梁鋼構(gòu)件的整體健康狀況，檢測人員還對鋼箱梁的鋼材本體進行了檢測，通過對多個檢測點的超聲回波信號分析，未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，表明鋼箱梁的鋼材本體質(zhì)量良好。6.3應(yīng)用效果與經(jīng)驗總結(jié)在實際工程應(yīng)用中，基于小波變換的超聲無損檢測方法展現(xiàn)出了顯著的應(yīng)用效果。在某大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中，通過該方法準確檢測出了核心筒鋼結(jié)構(gòu)中多處內(nèi)部裂紋和其他缺陷，為施工方及時采取修復(fù)措施提供了可靠依據(jù)，有效避免了潛在安全隱患的發(fā)生。在公路橋梁鋼構(gòu)件檢測項目中，成功檢測出鋼箱梁焊縫中的未焊透、氣孔和夾渣等多種缺陷，保障了橋梁的安全運營。與傳統(tǒng)超聲無損檢測方法相比，基于小波變換的方法在復(fù)雜檢測環(huán)境下，能夠更有效地抑制噪聲干擾，準確提取缺陷信號，檢測精度和可靠性得到了大幅提升。在檢測精度方面，對微小缺陷的檢測能力明顯增強，缺陷尺寸的測量誤差顯著減??；在可靠性方面，多次檢測結(jié)果的一致性更高，受環(huán)境因素的影響更小。在實際應(yīng)用過程中，也遇到了一些問題。不同類型和規(guī)格的結(jié)構(gòu)鋼材，其超聲回波信號特性存在差異，導(dǎo)致基于小波變換的檢測模型參數(shù)需要進行相應(yīng)調(diào)整。在檢測厚壁大尺寸的結(jié)構(gòu)鋼材時，由于超聲波傳播距離長，能量衰減大，信號特征發(fā)生變化，原有的小波基函數(shù)和分解層數(shù)可能無法滿足檢測需求，需要重新選擇和優(yōu)化。檢測環(huán)境的復(fù)雜性也給應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，如施工現(xiàn)場的強電磁干擾、潮濕環(huán)境等，可能會影響超聲探傷儀和信號采集設(shè)備的正常工作。在一些大型建筑工地，電焊機等設(shè)備產(chǎn)生的強電磁干擾，會使超聲回波信號出現(xiàn)嚴重的畸變，增加了信號處理的難度。針對這些問題，采取了一系列有效的解決方法。對于不同類型和規(guī)格的結(jié)構(gòu)鋼材，在檢測前先對少量試樣進行預(yù)檢測，分析其超聲回波信號的特點，然后通過實驗和數(shù)據(jù)分析，確定適合該種鋼材的小波變換參數(shù)，如小波基函數(shù)、分解層數(shù)和閾值等。在檢測厚壁大尺寸結(jié)構(gòu)鋼材時，選用具有更好低頻特性的小波基函數(shù)，適當增加分解層數(shù)，以充分提取信號中的有用信息。針對復(fù)雜檢測環(huán)境，加強對檢測設(shè)備的防護和抗干擾措施。在超聲探傷儀和信號采集設(shè)備周圍安裝電磁屏蔽裝置，減少電磁干擾的影響；對設(shè)備進行防水、防潮處理，確保在潮濕環(huán)境下能夠正常工作。在軟件算法方面，進一步優(yōu)化小波變換算法，提高其抗干擾能力和自適應(yīng)能力。通過這些解決方法，有效地克服了實際應(yīng)用中遇到的問題，保證了基于小波變換的超聲無損檢測方法的順利實施。通過實際應(yīng)用案例的研究，為基于小波變換的超聲無損檢測方法的推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗。在檢測前，要充分了解被檢測結(jié)構(gòu)鋼材的類型、規(guī)格和可能存在的缺陷情況，做好檢測方案的設(shè)計和參數(shù)的優(yōu)化。在檢測過程中，要嚴格按照標準的檢測流程進行操作，確保檢測的準確性和可靠性。同時，要重視檢測設(shè)備的維護和保養(yǎng)，及時更新和升級設(shè)備，以適應(yīng)不斷變化的檢測需求。在信號處理方面，要不斷優(yōu)化小波變換算法，提高算法的效率和準確性。加強對檢測人員的培訓(xùn)，提高其專業(yè)素質(zhì)和操作技能，使其能夠熟練掌握基于小波變換的超聲無損檢測方法。只有將這些經(jīng)驗應(yīng)用到實際檢測工作中，才能更好地發(fā)揮基于小波變換的超聲無損檢測方法的優(yōu)勢，為結(jié)構(gòu)鋼材的質(zhì)量檢測和工程結(jié)構(gòu)的安全提供有力保障。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)本研究圍繞基于小波變換的結(jié)構(gòu)鋼材超聲無損檢測展開，取得了一系列具有重要理論和實踐意義的成果。在理論研究方面，深入剖析了小波變換的基本原理，包括多分辨率分析、小波基函數(shù)特性、小波分解與重構(gòu)算法等。明確了小波變換在處理非平穩(wěn)信號時的獨特優(yōu)勢，以及其在超聲無損檢測信號處理中的適用性。通過理論推導(dǎo)和仿真實驗，系統(tǒng)地探討了不同小波基函數(shù)對超聲回波信號處理效果的影響，分析了小波分解層數(shù)和閾值選擇對信號去噪和特征提取的作用機制。研究發(fā)現(xiàn)，不同的小波基函數(shù)在時域和頻域特性上存在差異，如Haar小波時域不連續(xù)，高頻分辨率差；Daubechies小波具有較好的正則性和消失矩特性，高頻特性突出；Symlets小波近似對稱，在相位敏感檢測中表現(xiàn)出色。這些理論研究成果為基于小波變換的超聲無損檢測方法提供了堅實的理論基礎(chǔ)。在模型構(gòu)建方面，基于小波變換理論和超聲無損檢測信號特性，成功構(gòu)建了基于小波變換的超聲無損檢測模型。該模型包含信號去噪和缺陷特征提取兩大關(guān)鍵模塊。在信號去噪模塊中，采用基于Stein無偏風(fēng)險估計的自適應(yīng)閾值法對含