1 引 言为了提高开关电器触头的质量并考虑经济性 ,常采用导电性和灭弧性能好的触头材料 (如银合金、钨合金等 )加工成触头薄片 ,用导电性能良好的铜加工成支承体 ,最后将触头薄片和支承体钎焊成一体<1,2 > 。显然 ,钎焊质量的好坏直接影响触头的性能。采用超声成像方法检测触头的钎焊质量能够直观地再现工件内部缺陷的大小形状和位置等 ,并且给出触头钎焊部分的钎着率 ,克服了以往只能采用破坏性检验方法的弊端。但是在超声检测中 ,由于噪声的存在使得缺陷回波难以识别 ,检测得到的图像信息中缺陷图像比较模糊。传统的滤波方法往往使得图像的边缘模糊 ,如何降低噪声又不损害边缘一直是图像处理和信号滤波的难题。小波分析不但可以在低信噪比的信号检测中检测到边缘信号 ,而且可以滤去噪声恢复原信号。因此 ,采用多分辨小波分析方法可以有效地消除噪声 ,提高图像的信噪比。这对于提高触头检测质量具有重要意义。2 小波变换和多分辨分析<3～ 5 >假设给定一平方可积的信号ｘ(ｔ) ,即ｘ(ｔ)∈Ｌ2 (Ｒ) ,则ｘ(ｔ)的小波变换定义为ＷＴｘ(ａ ,ｂ) =1ａ∫ｘ(ｔ) ψ ｔ-ｂａ ｄｔ=∫ｘ(ｔ) ψ ａ ,ｂ(ｔ)ｄｔ=〈ｘ(ｔ) ,ψａ ,ｂ(ｔ)〉 ( 1 )式中 :ａ、ｂ和ｔ均是连续变量 ;ψ(ｔ)称为母小波 ,且满足容许性条件ｃψ =△∫∞0ψ(Ω)2Ω <∞ ( 2 )ψ(Ω)为记 ψ(ｔ)的傅里叶变换。而 ψａ ,ｂ(ｔ)是母小波经移位和伸缩所产生的一族函数 ,称之为小波基函数 (简称小波基 ) :ψａ ,ｂ(ｔ) =1ａψ ｔ -ｂａ ( 3)式中 ,ａ ,ｂ均为常数 ,且ａ >0。不同尺度下的小波变换具有不同的时宽和频宽 ,当 |ａ| -1增大时 ,窗的中心向高频方向移动 ,同时时宽变小而频宽变大。因此小波变换提供的局部格式化是变化的 ,在低频部分具有较宽的时窗和较窄的频窗 ,而在高频部分具有较窄的时窗和较宽的频窗 ,即具有“变化”特性 ,尤其适合对信号的检测和分析。通常对尺度因子ａ按倍频程的方式进行离散化 ,通用的对ａ离散化的方法是按幂级数的形式逐步加大ａ ,即令ａ =ａｊ0 (ａ0 >0 ,ｊ∈Ｚ)。若取ａ0 =2 ,则ψｊ,ｂ(ｔ) =2 -ｊ 2 ψ<2 -ｊ(ｔ-ｂ) >( 4 )称为“二进小波”(ＤｙａｄｉｃＷａｖｅｌｅｔ) ,而ＷＴｘ(ｊ,ｂ) =〈ｘ(ｔ) ,ψｊ,ｂ(ｔ)〉=2 -ｊ 2∫ｘ(ｔ) ψ <2 -ｊ(ｔ -ｂ) >ｄｔ ( 5 )称为二进小波变换。2 0世纪 80年代后期 ,Ｍａｌｌａｔ提出了多分辨分析 (ＭＲＡ)的概念 ,将所有的正交小波基的构造统一了起来 ,并为此后的构造设定了框架 ,同时 ,在这一框架下给出了信号和图像分解为不同频率通道的算法及其重构重法 ,即Ｍａｌｌａｔ算法。由Ｍａｌｌａｔ算法可知 ,小波变换可在“放大”了的不同频带内分析信号 ,使本不易察觉的信号特征在不同分辨力的若干子空间中显露出来 ,具有数字“显微镜”的功能。因此 ,在触头钎焊质量的超声检测中 ,将小波变换用于接收波的特征提取来检测缺陷具有可靠的理论依据。图 1给出了本文中所用的小波函数的特征图 ,它具有双正交紧支撑的特性。图示为Ｎ =4时 ,Ｄａｕｂｉｅｃｈｉｅｓ小波的各个函数的波形图。3 数字超声成像检测系统数字超声成像系统<6> 充分利用系统集成技(ａ)尺度函数(ｔ)(ｂ)小波函数 ψ(ｔ)(ｃ)(ｔ)的傅里叶变换Φ(Ω)(ｄ) ψ(ｔ)的傅里叶变换Ψ (Ω)图 1 四阶Ｄａｕｂｉｅｃｈｉｅｓ小波函数术 ,以计算机为核心、传统的超声探伤仪为基础 ,集计算机技术、信号处理技术、数字图像处理技术、数控技术、超声无损检测与评价技术于一体。该系统的物理模型如图 2所示。 该系统由超声图像数据采集通道、超声波发射和接收系统、精密数控扫查系统、系统软 件和喷墨打印机组成。其中超声图像数据采集通道由聚集探头、超声波探伤仪、多功能超声图像卡 和计算机组成。超声波的发射和接收系统由超声波探伤仪和聚焦探头组成。精密数控扫查系统由精密三维扫描工作台、多工位自动回转台、专用家具和驱动电源组成。系统软件是本系统的核心,它能够实现检测参数的确定、对回波的实时采样、处理及成像显示以及钎着率计算等功能。4 低 压开关触头Ｃ超检测图像的小波分析 应用小波变换对Ｃ超图像进行噪声去除的算法包括三个步骤:①将图像信号进行小波变换 ;②在尺度空间上利用信号与噪声的不同性态 ,对小波变换系数进行信号剪裁 ,把噪声从信号中区分开来 ;③利用重构算法重构图像信号。图 3(ａ)是用西安交通大学焊接研究所研制的ＪＴＵＩＳ超声成像检测系统检测触头试样的Ｃ超图像 ,根据前述的小波变换降噪算法 ,采用四阶Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ小波对Ｃ超图像进行滤波重构。图 3(ｂ)是经过小波变换降噪后的图像。从图像可以看到 ,采用上述小波变换降噪很好地消除了Ｃ超图像的脉冲噪声。并且小波降噪得到的图像既可以消除脉冲噪声 ,又能够较好地保护图像的边缘 ,使边缘信息不受损坏 ,为以后要进行的缺陷的定性定量分析提供了非常重要的信息。 (ａ)触头Ｃ扫描 原始图像 (ｂ)小波变换滤波 后的重构图像图 3 低压开关触头Ｃ扫描图像试验结果5 结 论本文研究了离散二进小波变换在低压开关触头Ｃ超图像进行滤波降噪处理中的应用。实验结果表明 :小波变换不仅可以很好地消除Ｃ超图像的脉冲噪声 ,提高图像的信噪比 ,而且能够较好地保护图像的边缘 ,使边缘信息不受损坏。为以后要进行的缺陷定性、定量分析提供了非常重要的信息 ,这对于提高触头的检测质量具有重要的意义小波变换在低压开关触头钎焊质量超声检验中的应用@陈怀东$西安交通大学焊接研究所!710049
@曹宗杰$西安交通大学焊接研究所!710049
@王裕文$西安交通大学焊接研究所!710049
@薛锦$西安交通大学焊接研究所!710049小波变换;;超声检验;;触头;;降噪介绍了小 波变换降噪的原理及其在低压开关触头钎焊质量的超声成像检测中的应用。为了克服噪声对超声检测成像质量的影响,利用离散二进制小波变换的分解重构算法来降低脉冲噪声的干扰 ,提高超声图像的信噪比。实验结果表明 ,在触头的超声检测时采用小波降噪算法能够有效地消除图像噪声 ,提高图像的信噪比1 方鸿发.低压电器
.北京:机械工业出版社,1988
2 <德>凯尔A ,默尔WA ,维纳里库E .电接触和电接触材料.北京:机械工业出版社,1993
3 秦前清,杨宗凯.实用小波分析.西安:西安电子科技大学出版社,1995
4 MallatS.ATheoryforMultiresolutionSignalDec omposition:theWaveletRepresentation.IEEEPatternAnalandMachineIntel,1989,11(3)
5 AbbateA .SignalDetectionandNoiseSuppressionUsingaWav eletTransformSignalProcessor:ApplicationtoUltrasonicFlawDetection.IEEETransUFFC ,1997,44(1)
6 张广明,梅 林等.高效超声成像系统.仪器仪表学报,1999,20(6)变换在低压开关触头Ｃ超图像进行滤波降噪处理中的应用。实验结果表明 :小波变换不仅可以很好地消除Ｃ超图像的脉冲噪声 ,提高图像的信噪比 ,而且能够较好地保护图像的边缘 ,使边缘信息不受损坏。为以后要进行的缺陷定性、定量分析提供了非常重要的信息 ,这对于提高触头的检测质量具有重要的意义小波变换在低压开关触头钎焊质量超声检验中的应用@陈怀东$西安交通大学焊接研究所!710049
@曹宗杰$西安交通大学焊接研究所!710049
@王裕文$西安交通大学焊接研究所!710049
@薛锦$西安交通大学焊接研究所!710049小波变换;;超声检验;;触头;;降噪介绍了小 波变换降噪的原理及其在低压开关触头钎焊质量的超声成像检测中的应用。为了克服噪声对超声检测成像质量的影响,利用离散二进制小波变换的分解重构算法来降低脉冲噪声的干扰 ,提高超声图像的信噪比。实验结果表明 ,在触头的超声检测时采用小波降噪算法能够有效地消除图像噪声 ,提高图像的信噪比1 方鸿发.低压电器.北京:机械工业出版社,1988
2 <德>凯尔A ,默尔WA ,维纳里库E .电接触和电接触材料.北京:机械工业出版社,1993
3 秦前清,杨宗凯.实用小波分析.西安:西安电子科技大学出版社,1995
4 MallatS.ATheoryforMultiresolutionSignalDec omposition:theWaveletRepresentation.IEEEPatternAnalandMachineIntel,1989,11(3)
5 AbbateA .SignalDetectionandNoiseSuppressionUsingaWav eletTransformSignalProcessor:ApplicationtoUltrasonicFlawDetection.IEEETransUFFC ,1997,44(1)
6 张广明,梅 林等.高效超声成像系统.仪器仪表学报,1999,20(6)
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