超声检测信号直达波衰减的Curvelet变换方法.pdf

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1、第３６卷第１期物探化探计算技术Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１２０１４年１月ＣＯＭＰＵＴＩＮＧＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＦＯＲＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬＡＮＤＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＪａｎ．２０１４文章编号：１００１１７４９（２０１４）０１００２２０６超声检测信号直达波衰减的Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换方法王凡１，２，肖建平１，朱自强１，密士文１（１．中南大学地球科学与信息物理学院，长沙４１００８３；２．中国水电顾问集团贵阳勘察设计研究院，贵阳５５００１５）摘要：利用超声脉冲回波法检测混凝土内部缺陷体时，由于介质的各向异性，使得接收信号中含有较强的结构噪声；同时，直达波信号振幅

2、强，衰减少，传播路径短。上述原因导致难以分辨测量信号中的有效信号。为了压制噪声，去除直达波，采用了Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换对实测超声数据进行变换处理，分析直达波在Ｃｕｒｖｅｌｅｔ域的分布特点，得到其Ｃｕｒｖｅｌｅｔ系数，采用类似去噪的手段选取合适的阈值，重构得到滤除直达波的有效信号。同小波变换相比，Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换在去除直达波、滤除噪声的同时，较好地保留了有效信号。对比经过Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换处理前、后数据的ＳＡＦＴ成像效果表明，Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换能极大地提高超声无损检测数据分析的准确性。关键词：超声波；Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换；直达波衰减；去噪中图分类号：Ｐ６３１．５文献标志

3、码：Ａ犇犗犐：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１１７４９．２０１４．０１．０４像，因此该方法操作简单、准确性及效率较高，且可０前言以对缺陷体进行二维及三维定量计算。但是，在实际的工程应用中，石沙、钢筋等材料和混凝土的声阻混凝土无损检测方法主要包括五大类：①射线抗差异较大，超声波在其内部传播时将产生强散射检测法；②电磁感应探伤法；③超声检测法；④磁粉和结构噪声，掩盖了真实的反射信号，而且造成了超［１］检测法；⑤浸透探伤法。超声波法由于其能量高、声波的极大衰减。利用超声脉冲回波法测量时，接方向性及几何特性好、适应性强、检测灵敏度高、对收换能器接收到的信号中存在很强的表面直达

4、波，人体无害等特点被广泛地应用于无损检测中。常用且其振幅基本不衰减，直达波和有效波叠加在一起，的超声波法无损检测方法主要有冲击回波法、超声从而使接收信号振幅变大、波形产生畸变。因此，为［２］透射法和超声脉冲回波法。超声脉冲回波法是在了提高混凝土超声探测的能力，就必须寻找有效的混凝土构件的一个面进行测试，利用回波信号的振方法进行分离直达波、压制和减少混凝土的结构噪幅、时间及频率特性来判断缺陷体的位置及大小的声，以提高信噪比。［３－４］一种检测方法，为了更有效、直观地观测测量结在地震数据处理中，常用的波场分离方法有两果，可以利用ＳＡＦＴ等成像方法对数据进行重建成种：滤波法和基于波

5、动方程的预测减去法，前者（如收稿日期：２０１３０１０４改回日期：２０１３１２０４基金项目：国家自然科学基金项目（４１２７４１２２）；湖南省自然科学基金项目（１２ＪＪ６０３３）；中南大学中央高校基本科研业务费专项资金项目（２０１１ＱＮＺＴ０１９）作者简介：王凡（１９８７），男，硕士，主要从事物探信号处理研究，Ｅｍａｉｌ：３３０４８５１８４＠ｑｑ．ｃｏｍ。通讯作者：肖建平（１９７５），男，博士，副教授，主要从事物探信号处理研究，Ｅｍａｉｌ：ｊｐｘｉａｏ＠ｃｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。１期王凡等：超声检测信号直达波衰减的Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换方法２３［５］小波法），存在角度

6、分辨率较低，方向性提取不足表示犼／２的整数部分。（只能在水平、垂直、对角线等几个有限的方向进行利用傅里叶变换定义Ｃｕｒｖｅｌｅｔ母函数＾（ω）＝φ犼检测）等，因此在压制干扰波的同时，会不可避免地犝犼（ω），则其他尺度的Ｃｕｒｖｅｌｅｔ函数都可以由该母损伤有效波信息。预测减去法即通过波动方程模拟函数经过旋转平移得到。定义旋转角度θφ犼犾＝２π实际波场或反演地震数据来预测多次波，然后将它·２－［犼／２］·犾，犾＝０，１，…，０＜θ；平移参数犽＝犾＜２π从原始地震数据中除去（如Ｇｕｉｔｔｏｎ等［６］人提出的（犽，犽）∈犣２，犣为实数域，则尺度２－犼，方向θ，位置１２犾滤波减去法等）

7、。但是上述两种方法均难以较好地狓犼，犾－１（犽·２－犼，犽·２－犼／２）处的Ｃｕｒｖｅｌｅｔ函数犽＝犚θ１１犾分离波场，其后有学者研究了结合预测法和滤波法为：进行波场分离技术，但对计算机的要求较为苛刻［７］。（狓）＝（犚（狓－狓犼，犾））（３）φ犼，犾，犽φ犼θ犾犽［８］２００５年Ｃａｎｄèｓ提出了利用Ｃｕｒｖｅｌｅｔ变换的最优烄ｃｏｓθｓｉｎθ烌其中犚表示θ弧度的旋转；犚－１。θ＝θ系数表达特性进行直达波去除方法该方法可以对烆－ｓｉｎθｃｏｓθ烎时空信号进行最稀疏表达，使一次波在一组基函数为其转置；的