[发明专利]基于广义形态滤波的钢丝绳在线检测信号降噪方法及系统

说明书

本发明公开了基于广义形态滤波的钢丝绳在线检测信号降噪方法及系统，属于数字信号处理与降噪技术领域。方法包括首先利用实时小波降噪对钢丝绳在线检测信号进行降噪预处理，将得到的信号分别通过正弦函数结构元素的广义形态膨胀和腐蚀运算进一步处理，增强缺陷信号特征并消除噪声边界，再对膨胀和腐蚀处理信号进行差分运算，最后结合滑动平均滤波实现钢丝绳在线漏磁探伤信号的降噪处理。本发明方法不仅可保证钢丝绳在线探伤信号处理的实时性，也能对钢丝绳恶劣及极端服役环境下的绳股和电磁噪声干扰信号进行剔除，可有效实现钢丝绳缺陷信号的特征识别。

技术领域

本发明属于数字信号处理与降噪技术领域，更具体地，涉及基于广义形态滤波的钢丝绳在线检测信号降噪方法及系统。

背景技术

在役钢丝绳缺陷漏磁无损探伤中，由于其服役环境的恶劣性与复杂性，钢丝绳缺陷在线检测信号常易受到机械振动、缠绕式螺旋几何结构绳股噪声、随机摆振、电机电磁噪声干扰等多重机械、物理因素影响，导致钢丝绳缺陷检测信号呈现出时域干扰噪声强、缺陷信号微弱且多干扰信号频域交叉的特征，进而引起钢丝绳缺陷检测与识别结果出现较大偏差。而目前针对钢丝绳缺陷在线检测信号的复杂性及多样性，现有的单一数字信号处理方法如时域低通滤波、希尔伯特变换、小波降噪及经验模态分解，频域傅里叶变换等均难以适应钢丝绳缺陷检测信号的降噪与特征识别，且由于钢丝绳随机非平稳漏磁检测信号多干扰源及非线性特性，噪声信号的有效剔除成为钢丝绳缺陷在线检测结果可靠性保证的重要难题。

因此，为解决钢丝绳在线检测信号中的复杂性与多样性噪声干扰，实现多干扰源服役环境下的多类型钢丝绳缺陷特征的有效检测与识别，满足钢丝绳缺陷漏磁无损探伤及钢丝绳安全保障需求，发明一种钢丝绳在线漏磁探伤信号降噪与处理方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供基于广义形态滤波的钢丝绳在线检测信号降噪方法及系统，旨在解决钢丝绳高速在线检测等复杂服役环境下的多源绳股噪声及电磁干扰信号降噪问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于广义形态滤波的钢丝绳在线检测信号降噪方法，包括以下步骤：

对钢丝绳在线漏磁无损探伤的待检测时序信号进行小波降噪；

对小波降噪后的时序信号分别开展基于正弦函数结构元素的广义形态学膨胀和腐蚀运算；

对进行膨胀和腐蚀运算后的时序信号进行差分运算；

对差分运算后的时序信号进行滑动平均滤波运算，实现钢丝绳在线漏磁无损探伤信号的降噪。

优选地，广义形态学膨胀运算具有以下计算形式：

P(i)＝max{s(i-j)+e(j)},0≤i≤n-1,0≤j≤k-1，i≥j

其中，i和j分别为待检测时序信号不同序列，n为待检测时序信号长度，k为结构元素长度，s(i-j)是小波降噪后的时序信号的第i-j个元素，e(j)为具有正弦函数形式的结构元素。

优选地，正弦结构元素具有如下表达形式：

E＝[0,0.0711,1,0.0711,0]

所述参数e(j)为正弦结构元素E中的具体序列值。

优选地，广义形态学腐蚀运算具有以下计算形式：

F(i)＝min{s(i+j)-e(j)},0≤i≤n-1,0≤j≤k-1

其中，n为待检测时序信号长度，k为结构元素长度，s(i+j)是小波降噪后的时序信号的第i+j个元素，e(j)为具有正弦函数形式的结构元素。

优选地，差分运算后的时序信号表示为：

S(i)＝P(i)-F(i)