水冷壁管磁性检测信号的小波处理方法

　　由于长期在火焰、烟气、飞灰等十分恶劣的环境中运行,服役过程中腐蚀、磨损、拉裂等因素极易引起管壁减薄而老化失效.为了加强对在役锅炉管材的质量监测和检验,减少和防止锅炉管道爆漏事故的发生,基于漏磁检测技术开发了一套在役水冷壁管无损检测系统(如图1所示),较好地实现了对炉膛内壁水冷壁管在役检测自动化.但是,在高速检测过程中,由于管道数量多,加之受到现场环境和管壁表面尘垢的影响,所以检测信号不仅数据量大,而且很易受到各种噪声的干扰,缺陷识别比较困难.为了提高系统的检测精度,实现检测定量化和智能化,必须研究行之有效的信号处理方法.

　　1　基于WT的信号奇异性分析

　　无损检测中,缺陷通常表现为输出信号发生突变,因此信号的奇异性分析在缺陷识别时有着非常重要的意义.长期以来,Fourier变换是研究函数奇异性的主要工具,但由于它缺乏空间局部性,所以它只能确定一个函数奇异性的整体性质,难以确定奇异点的空间位置和分布情况.然而,小波变换具有空间局部化性质,因此,可以利用信号小波变换在多尺度上的综合表现来分析信号的突变或瞬态特征[1].

　　1.1　信号奇异性检测原理

　　任何一个低通的平滑函数θ(t),如果分别选择其一、二阶导数作为小波函数[2],即

　　显然,fθ(t)起着平滑f(t)的作用,对每一个尺度a,其小波变换WT(1)f(a,t)、WT⁽²⁾f(a,t)分别正比于fθ(t)的一阶、二阶导数.由图2比较WT(1)f(a,t)、WT⁽²⁾f(a,t)与f(t)的波形可以看出,f(t)上的奇异点经过小波变换后对应于WT(1)f(a,t)上的极值点和WT⁽²⁾f(a,t)上的过零点,也就是说,由小波变换的极值点或过零点可以检测到信号的奇异点.这就是小波变换用于信号突变检测的基本原理[3].

　　1.2　管道检测信号奇异点分析与缺陷识别

　　锅炉管道缺陷从特征上主要分为两类:内外表面缺陷(包括孔洞、点蚀、坑蚀、裂纹等)和壁厚减薄,反映在检测信号上分别表现为尖峰和波形突变,如图3所示信号中ab、cd段即为壁厚减薄缺陷,而e、f、g、h、i、j等6处反映局部缺陷.根据上述管道缺陷的不同特征,需分别选择适当的母小波来检测两类不同的信号奇异点:尖峰和边沿突变点.

　　在锅炉管道的上述两类缺陷中,表面缺陷所对应的尖峰信号可近似看作一定邻域内的偶对称信号,壁厚减薄所对应的边沿突变信号则可近似为一定邻域内的奇对称信号,为了能在小波变换中突出信号的奇异性,检测尖峰信号宜采用偶对称小波基,而检测边沿突变信号则宜采用奇对称小波基[4].在众多小波函数中,由于多项式样条函数有简单的解析式、标准基函数具有紧支集,且其一、二阶导数分别为奇对称和偶对称函数,因此选择3次样条函数作为低通平滑函数θ(t),分别选择，作为母小波,来检测管道壁厚减薄缺陷和内外表面缺陷.