[发明专利]一种钢轨探伤数据降噪装置

权利要求书

1.一种钢轨伤损数据降噪装置，其特征在于，包括：

时间序列切分模块，对钢轨探伤的超声波时间序列信号进行切分，形成若干条子序列数据；

时间序列采样模块，对所述时间序列切分模块切分的每一条子序列数据进行数据采样；

经验模态分解模块，利用经验模态分解不断从所述时间序列采样模块采样的子序列数据中获取多个本征模态函数分量；

主成分分析去噪模块，根据噪声的能量利用主成分分析去除本征模态函数分量中的噪音；

去噪数据还原模块，根据不同的采样率将所有不同子序列数据经过所述主成分分析去噪模块去噪处理后的拟合值还原至原始时间尺度下，形成最终的时间序列数据。

2.根据权利要求1所述的钢轨伤损数据降噪装置，其特征在于：所述时间序列切分模块按照通道或出波位置对超声波时间序列信号进行切分。

3.根据权利要求2所述的钢轨伤损数据降噪装置，其特征在于：所述时间序列采样模块对每一条子序列数据进行采样的周期超过伤损最小尺寸/采样率σ，采样率σ可以取值的空间为[1,2,4,8,16]，当σ＝1，表示不进行子序列数据采样，保持原始子序列数据不变，当σ＝2表示按照2倍采样率对子序列数据进行采样，依此类推。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢轨伤损数据降噪装置，其特征在于：所述经验模态分解模块首先根据子序列数据找出原始信号时间序列s_σ*的所有局部极大值点和极小值点；然后采用三次样条函数拟合原始信号时间序列s_σ*的波动包络，寻找极大值包络曲线U(t)与极小值包络曲线L(t)，并计算平均包络曲线再将原始信号时间序列s_σ*与平均包络曲线m₁(t)相减，得到新序列h₁(t)，对新序列h₁(t)进行本征模态函数判断；如果新序列h₁(t)不满足本征模态函数判断，则将新序列h₁(t)替代原始信号时间序列s_σ*，重复进行本征模态函数判断，得到新序列h₁₁(t)＝h₁(t)-m₁(t)；根据本征模态函数判据，直到h_1m(t)第一次满足本征模态函数判据，其中，m为迭代次数，此时记为imf₁(t)，再将原始信号时间序列s_σ*与其相减，得到剩余信号r₁(t)＝s_σ*-imf₁(t)；最后采用剩余信号r₁(t)替代原始信号时间序列s_σ*，重复得到新序列h₁(t)并对其进行本征模态函数判断，得到多个本征模态函数分量及最后一个不可再分序列，记为趋势项r_n(t)，则imf_k(t)为第k个本征模态函数分量。

5.根据权利要求4所述的钢轨伤损数据降噪装置，其特征在于，所述主成分分析去噪模块进行本征模态函数分量imf_k(t)判断的标准包括以下条件：

i)原始信号时间序列s_σ*中的零点和极值点数量相等或至多相差一个；

ii)极大值包络曲线U(t)与极小值包络曲线L(t)的均值相等且为0。

6.根据权利要求5所述的钢轨伤损数据降噪装置，其特征在于，所述经验模态分解模块采用三次样条函数拟合原始信号时间序列s_σ*的波动包络，其中，三次样条函数定义为：原始信号时间序列s_σ*中两个相邻的出波点即为需要插值的端点，中间形成需要插值的小区间，每个小区间的曲线为一个三次方程，插值条件满足S(x_i)＝y_i，其中x_i和y_i分别表示满足三次方程的元素和结果，S(*)表示求解三次方程。