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申请/专利权人：昆明理工大学

摘要：本发明涉及一种基于稀疏表示的无线涡流检测系统及方法，属于电磁无损检测领域。本发明利用检测节点对待测试件进行涡流检测，获得原始涡流检测信号；然后，利用离散余弦基对原始涡流检测信号进行分解；进一步，采用随机二进制观测矩阵对分解后的信号进行非线性自适应投影，得到投影系数，即涡流检测信号稀疏表示系数；将获得的涡流检测信号稀疏表示系数通过无线传输模块送至上位机，在上位机中利用压缩采样匹配追踪算法重构涡流检测信号，对重构后的涡流检测信号进一步分析得出待测试件的缺陷和损伤情况。本发明有效降低数据传输过程中无线传输模块的硬件负担，大大提高了无线涡流检测系统的检测效率。

主权项：1.一种基于稀疏表示的无线涡流检测方法，其特征在于：构建基于稀疏表示的无线涡流检测系统，所述系统由检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机组成；所述的检测节点包括信号发生器和涡流阵列传感器；其中，信号发生器为基于DDS专用芯片的信号发生电路；涡流阵列传感器由位于同一平面上的A、B两组阵列传感器组成，每组阵列传感器由三个完全相同的阵列单元组成，每个阵列单元均为环形线圈；A组阵列传感器为激励传感器组，包括A1、A2、A3三个阵列单元，B组阵列传感器为检测传感器组，包括B1、B2、B3三个阵列单元，三个激励传感器阵列单元和检测传感器阵列单元均按三角形排列；所述的信号预处理模块由信号采集卡、信号调理电路、相敏检波电路和ARM处理器组成；所述的无线传输模块为蓝牙通信套件，包括蓝牙主站和蓝牙从站；所述的上位机为台式工作站；所述的上位机通过GPIB总线与蓝牙主站连接，蓝牙主站通过蓝牙无线传输网络与蓝牙从站进行通信；蓝牙从站通过USB接口与检测节点中的信号发生器连接，信号发生器通过RS-232接口与激励传感器组连接；激励传感器阵列单元A1、A2、A3环形线圈圆心处的端点C1、C2、C3处的焊点分别引出抽头，并行连接到RS-232接口的RX端子处，并通过RS-232接口与信号发生器的TX端子连接，激励传感器阵列单元A1、A2、A3环形线圈另一端点C1′、C′2、C′3处的焊点分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；检测传感器阵列单元B1、B2、B3环形线圈圆心处的端点D1、D2、D3处分别引出抽头，并行连接到PCI接口的PFI0端子处，并通过PCI总线与信号采集卡相连，检测传感器阵列单元B1、B2、B3环形线圈另一端点D1′、D′2、D′3处对应的输出信号引脚分别引出抽头，并行连接公共接地端，即与接地引脚GND连接；信号采集卡通过PCI总线与信号调理电路连接，信号调理电路通过RS-485接口与相敏检波电路连接，相敏检波电路通过IO接口与ARM处理器连接，ARM处理器通过UART接口与蓝牙从站连接，从而将检测节点、信号预处理模块、无线传输模块和上位机连接组成完整的无线涡流检测系统；基于所述稀疏表示的无线涡流检测系统进行检测的方法，具体包括：Step1：在上位机中设置激励信号参数，并通过GPIB总线、蓝牙主站、蓝牙无线传输网络、蓝牙从站将所设定的激励信号参数送至信号发生器；信号发生器根据接收到的激励信号参数产生相应的脉冲激励信号并通过RS-232接口加载到激励传感器阵列单元；激励传感器阵列单元产生作用于待测试件的激励磁场，在待测试件中激励形成涡流；通过涡流阵列传感器中的检测传感器阵列单元获得待测试件中涡流产生的再生磁场与激励传感器产生的激励磁场的合成磁场，即原始涡流检测信号；Step2：信号采集卡对检测传感器阵列单元获得的原始涡流检测信号进行采集，并送入信号调理电路进行放大和去噪；放大和去噪后的信号被传送至相敏检波电路中，相敏检波电路输出两路正交信号，即涡流检测预处理信号X；Step3：将涡流检测预处理信号X传送至ARM处理器中，利用N×N维的离散余弦基ψ对涡流检测预处理信号X进行分解，并通过随机二进制观测矩阵A对分解后的信号进行非线性自适应投影，得到投影系数Y，Y为涡流检测信号的稀疏表示系数，将涡流检测信号的稀疏表示系数Y由ARM处理器通过蓝牙从站、蓝牙无线网络、蓝牙主站，送至上位机；Step4：上位机在接收到涡流检测信号的稀疏表示系数Y后，通过压缩采样匹配追踪算法对原始涡流检测信号进行重构，得到重构涡流信号通过对重构涡流信号进行分析从而得到待测试件的缺陷和损伤情况；所述重构的具体步骤为：Step4.1：初始化计算参数，令初始残差r0等于涡流检测信号稀疏表示系数Y，筛选集J0为空集，迭代次数u等于1，即r0＝Y，u＝1；Step4.2：对随机二进制观测矩阵A中的原子进行筛选，计算观测矩阵A中各原子ajj＝1,2,3…,N与当前残差ru-1的相关性：mj＝＜ru-1,aj＞,j＝1,2,3LN；其中，aj表示二进制观测矩阵A的第j列，按照从大到小的顺序排列计算得到的mj，j＝1,2,3LN，选择其中的前2K个值，并将这些值对应的观测矩阵A的列序号j构成筛选集Ju，把每次迭代过程中按照筛选集Ju中列序号j挑选出的观测矩阵A中的对应列向量组成向量集合Au；Step4.3：令向量集合Au中的列序号w＝1,2,3…2K，其中，aw表示向量集合Au中的第w列，计算Y＝awθw的最小二乘解w＝1,2,3L2K，θw是涡流检测信号在稀疏域的稀疏表示，为信号θw的估计值；Step4.4：更新信号逼近，从得到的最小二乘解中选出绝对值最大的K项记为取出Au中对应的K列记为AuK，其中，为涡流检测信号的逼近，AuK为按照挑选出的向量集合；Step4.5：更新残差ru，令Step4.6：令u＝u+1，如果u≤K，则返回第二步继续迭代，如果u＞K或ru＜ε时，ε为事先定义的极小误差，则停止迭代进入下一步；Step4.7：迭代结束，得到涡流检测信号的稀疏估计信号其值为最后一次迭代所得AuK与的乘积，即Step4.8：利用得到N×1维的重构涡流信号

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