利用经验模态分解的高频水声信号滤波方法*

研究了一种高频水声信号的滤波问题,提出了一种改进的经验模态分解加小波阈值滤波方法。首先对信号进行带通滤波处理,再进行经验模态分解,将分解得到的各个模态转换为频域信号,采用小波软阈值方法对这些频域信号进行滤波,最后对信号进行重构,并转换为时域信号。经数值仿真与试验数据验证表明此方法是可行有效的,与原基于经验模态分解的小波阈值滤波方法相比,本方法滤波效果较好:对不同输入信噪比的仿真信号进行滤波后,本方法的输出信噪比最大提高17.41 d B,滤波后所得信号与加噪前纯信号的相关系数最大提高0.90;对实验数据进行滤波后,不同时间段信号的相关系数最大提高0.62。     

电磁超声多界面检测信号去噪方法研究

为了解决传统压电超声换能器检测方式耦合不稳定的问题,将电磁超声应用于多层粘接结构界面检测。针对电磁超声界面检测信号噪声高和盲区大的问题,在电磁声换能原理和盲区成因分析的基础上,用小波阈值滤波和自适应抵消滤波方法对检测信号进行了处理,达到了降低信号噪声和减小盲区的目的。对钢板和双层橡胶粘接样品的回波信号处理结果表明:小波阈值滤波将信噪比提高了约12 dB,自适应抵消滤波有效地减小了由感生信号产生的盲区。     

基于小波变换的低场核磁共振信号去噪方法的研究进展

低场核磁共振（low-field Nuclear Magnetic Resonance,low-field NMR）技术因其自身具有的独特优越性常被应用于极端条件下的测量,而且由于其采用的是永磁体,因而采集到的信号信噪比常常较低,在很大程度上影响了测量值的准确性.因此,如何去除混杂在信号中的加性高斯白噪声增加测量值的可靠性显得尤为重要.针对这一问题,国内外学者相继提出了众多优秀的去噪方法,其核心都是在不损失含噪信号中有效信息的基础上滤除掉夹杂在其中的噪声信号.本文在基于对小波变换理论分析的基础上,介绍了3种目前较为流行的用于低场核磁共振信号去噪的方法,分别是小波阈值去噪、模极大值去噪和小波系数相关性去噪,并给出了用于评价去噪效果的四个参数及其计算方法.     

双向血流超声多普勒信号的小波降噪

利用小波框架结合软阈值的方法对表征双向血流的超声多普勒信号进行降噪。为了避免软阈值非线性处理对双向血流多普勒信号方向表征的影响,先对超声多普勒信号进行方向分离,然后对分离后的信号分别进行小波降噪,最后合成降噪后的双向血流超声多普勒信号。对计算机仿真的股动脉超声多普勒血流信号的降噪实验结果分析表明:本方法在不影响双向血流信息的前提下,提高了多普勒信号的信噪比、最大频率曲线和平均频率曲线的估计精度。仿真实验的结果证明了本方法可以用于双向血流超声多普勒信号的降噪。     

基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响,测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题,提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法,并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理,采用压缩感知去噪算法,将信号在小波域内分解,得到含噪高频系数;采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,压缩比设置为2,对高频系数进行观测;选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性,从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪,采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性,采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理,实验结果表明：基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统,该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪,且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比,信噪比提高了12.201 5 dB,均方根误差减小了0.009 3,峰值信噪比增加了5.299 dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题,而且在重构过程中有效地抑制了噪声,为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。     

闪电瞬态电场信号波形去噪方法

 通过对传统数字滤波和Birge-Massart小波阈值法的比较，对闪电瞬态电场信号进行了去噪研究。构建了双指数衰减脉冲信号并在其上叠加了高斯白噪声信号来仿真闪电瞬态电场实测波形，通过计算去噪前后信号的均方误差和幅值误差，比较了加权平滑滤波、FIR数字低通滤波器和小波阈值法的去噪效果，从处理仿真波形和实测波形结果可以发现，小波阈值去噪方法明显优于另外两种传统滤波方法。通过比较仿真信号由不同小波分解层数去噪结果的均方误差和幅值误差，确定在对闪电电场实测信号的去噪过程中，小波系数分解层数应选5~7。     

DNA测序信号去噪分析的一种新方法

在DNA荧光测序中,噪声会影响分析的准确度和检出限。相比其他滤波方法,小波分析具有良好的时频域分辨特性。在小波去噪处理中,正确选择合适的小波基函数、去噪阈值和分解层数直接关系到信号去噪处理的质量。为了真实构建噪声模型并准确评价去噪算法的有效性,实验中通过实际系统中采集到的噪声信号叠加理想荧光信号构建DNA测序仿真信号,去噪分析的结果表明：选择sym7小波基函数、分解层数(lev＝5)与使用固定格式软阈值,有效去除了DNA测序信号的噪声;处理后,信号的信噪比提高了5倍以上。将其用于处理实际的DNA电泳荧光信号,相比基于随机噪声模型的算法,去噪后的信号更加真实可靠。     

时变软阈值法在纳秒脉冲信号去噪中的应用

 对工程上常用的几种小波进行了分析，通过比较选定双正交小波为纳秒脉冲信号分析的母波，根据纳秒脉冲放电时产生的电磁干扰的特点提出基于多尺度分析的时变软阈值法，并对纳秒脉冲信号进行去噪处理。用Matlab自带的doppler波形和方波发生器产生的上升沿小于1 ns的方波对此方法进行检验，结果表明时变软阈值法明显优于传统的固定软阈值法。     

DPSD在低场核磁共振回波信号检测中的应用

核磁共振回波信号幅度微弱,容易受到来自电子器件和外部环境噪声的干扰,要求回波检测方法既能实时采集回波数据,又能较好的抑制噪声. 对比分析不同微弱信号检测方法的优缺点,归纳出DPSD(Digital Phase-Sensitivity Detection)方法在回波检测应用中的优越性. 通过仿真计算, 提出适用于回波信号检测的最佳滤波器窗函数. 在自制的核磁共振仪器上进行实验,结果表明,DPSD方法在满足回波信号实时测量的同时,有效压制了噪声,能准确的提取出低场核磁共振回波信号的幅度和相位信息.     

激光主动探测中回波信号的小波去噪方法

在分析激光主动探测中回波信号的噪声特性和小波变换去噪原理的基础上，提出了一种基于最大信噪比准则的小渡阈值去噪方法。首先用最大信噪比准则对小波变换系数进行阈值选取，然后采用软阂值方法对小波系数进行量化处理后再重构。仿真结果表明最大信噪比准则小波去噪方法改善信噪比效果十分显著，检测下限达到-16．2dB。证明了该方法在激光主动探测系统回波信号检测中的有效性。     

基于小波变换的水果糖度近红外光谱检测研究

利用小波变换滤波技术对90个水果样品的近红外光谱信号进行了去噪处理,并结合滤波后重构光谱信号对水果糖度进行逐步线性回归(SMLR)建立其校正模型,通过34个样品的外部检验对校正模型精度进行评价。研究结果表明: 校正模型的预测精度在小波尺度为3时其预测精度最好,预测集的决定系数由原来的0.84提高到0.85, 预测集相对标准误差由原来的6.1% 降为6.0%。因此,使用小波去噪方法有消除原始光谱噪声作用,从而使最终的SMLR模型更具有代表性和稳健性,也提高了品质检测时模型预测精度。     

油基钻井液条件下油层的NMR判识方法

油基钻井液具有润滑性好、抑制性强等特点,有利于井壁稳定和油气层保护,在非常规油气水平井及深井、超深井中广泛使用．但是,油基钻井液具有较强的荧光背景和全烃基值,岩屑难以洗出本色,地层油与钻井液的基础油融合,给油层的识别和评价带来了严重影响．为此,创新采用高分辨率低场核磁共振技术随钻监测钻井液含油率及含油性的变化．室内实验结果表明,油基钻井液不同于混油钻井液,后者属于水包油体系,钻遇油层后,在钻井液T₂谱上出现新峰;而前者属于油包水体系,钻遇油层后,在钻井液T₂谱上不出现新峰,但可通过含油性的变化识别重质油层,通过含油率的变化识别轻-中质油层,并在S903H井全油基钻井液及极端的地质条件下取得了较好的应用效果,证明了钻井液核磁共振是油基钻井液条件下一项有效的油层识别技术．     

Nuclear magnetic resonance of some oils

The author subjected some oils to nuclear magnetic resonance in order to obtain information on their structure and to compare their behaviour at NMR. Saturation curves were obtained and the longitudinal and transverse relaxation times of the resonance of these oils were investigated. Relations were derived for calculating the number of resonating hydrogen nuclei per unit volume of oil, both by direct study of the signals on a cathode ray oscilloscope and by recording the differential of the absorption curve of NMR. The number of hydrogen nuclei per unit volume and mass of the oils was calculated. Equations were derived for the longitudinal relaxation time of glycerine and castor oil. Relations were also found from which qualitative conclusions could be drawn as to the average molecule mass of the oils and the mean distance of the resonating hydrogen nuclei of the different oils. Castor oil, bearing oil 207, paraffin oil, transformer oil B, one lubricating oil of commercial quality and methyl silicon oil were investigated and glycerine was used as the normal of the relaxation time and signal intensity. In addition, the intensities of the NMR signals of some naphtha oils, immersion oil and some polymer oils were measured.The author used an arrangement for observing and recording the NMR signal with an autodyne detector, which has been described in another paper. The sensitivity curve of the autodyne detector was measured and respected in the calculations.     

多组分复杂体系光谱多元定量分析方法研究

为解决多元分析方法建模成本高及适用性差,严重制约其在光谱分析领域大量应用的难题,提出了一种新的多元定量分析方法。以汽油及其甲基叔丁基醚（MTBE）溶液的红外光谱为研究对象,使用五种汽油及其窄馏分建立背景光谱空间,用斜投影算法分离出混合光谱中纯MTBE光谱分量,建立纯光谱响应值与浓度之间的标准曲线,相关系数为0.995 2,截距仅为0.025,实现了多组分复杂体系中待测物的定量分析。与正交投影方法比较,新方法对五个预测样本的预测结果明显优于正交投影法。对17个实际油样的预测结果显示,新方法比PLS模型具有更好的适用性。新方法无需收集大量样本和建立复杂模型,方法简单,准确,适用性好。     

近红外漫反射光谱法快速测定天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量

针对天然纤维素清洁制浆新型连续生产工艺,提出了采用近红外漫反射光谱测定天然纤维素(棉、木浆粕)清洁浆料中α-纤维素含量。收集了142个天然纤维素清洁浆料样品,采用GB/T 9107—1999方法(化学分析方法)测定其α-纤维素含量。通过粉碎预处理提高样品的均匀性,继而压入旋转杯采集光谱。采用簇类独立软模式(SIMCA)方法建立了有效的棉浆粕和木浆粕的分类模型,模型识别率达到100%。基于偏最小二乘(PLS)法分别建立的全部样品以及分类棉、木浆粕的α-纤维素含量定量校正模型相关系数分别为0.954,0.911和0.839,SEP分别为2.4%,1.2%和1.6%,模型预测精密度与GB方法的允差接近,表明该方法是可行的,且操作简单,分析速度快,对提高天然纤维素清洁浆料α-纤维素含量分析效率和指导其连续生产具有积极意义。     

1H NMR法对改性沥青中SBS含量精确测试的研究

建立了核磁共振氢谱（¹H NMR）法测定改性沥青中聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段式聚合物（SBS）精确含量的方法.首先,建立了改性沥青¹H NMR谱中SBS特征峰和基质沥青峰的积分面积之比与SBS实际掺量的线性关系,结果表明两者间线性关系良好;其次,验证了该方法的准确度和精确度,并证实该方法的准确度高于傅里叶变换红外光谱（FTIR）法;最后利用此方法评价了改性沥青混匀装置的好坏.SBS含量的测定,目前还没有建立国家测量标准,也没有利用NMR进行定量测试的相关报道.本研究结果表明NMR技术可用于快速和精确测试SBS改性沥青中SBS含量,对实际应用有一定指导意义.     

用激光诱导击穿光谱技术定量分析土壤中Ba和Sr

利用激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术检测土壤标准样品中Ba和Sr的含量,用光纤光谱仪探测等离子体冷却过程中的发射谱线,选取BaⅡ455.41nm和SrⅠ460.73nm特征谱线为分析线。为了减小误差,采用Lorenizian函数进行光谱轮廓曲线拟合对数据预处理,提取光谱净强度值。选择多元素谱线强度和作为内标,根据分析线与内标线强度值之比建立定标曲线,Ba和Sr含量与其强度比的线性系数分别达到0.990 0和0.990 6,采用这种强度比定标法对Ba和Sr的含量进行反演,测定Ba和Sr含量值与标准值的相对偏差分别为5.7%和5.1%。     

激光诱导击穿光谱用于NaCl溶液中Na元素含量分析

为了研究Na元素在水中的检测灵敏度,采用激光诱导击穿光谱检测NaCl溶液中的Na元素。选择NaⅠ589.0 nm和NaⅠ589.6 nm作为分析谱线,利用配置的六种浓度的NaCl溶液,采用外标法、内标法以及小波变换降噪法,给出了NaCl溶液中Na元素的定标曲线。发现通过内标法获得的定标曲线的线性相关系数r达到0.998,优于外标法（r=0.985）,并且优于小波降噪后外标法（r=0.986）。相对外标法而言,小波变换降噪法有效降低了LIBS光谱中的连续背景光谱噪声,使LIBS的RSD从5.68%降至1.61%,从而使LOD值从50.8 μg·mL-1降至19.54 μg·mL-1, 内标法选择NaⅠ589.0 nm和NaⅠ589.6 nm钠原子谱线与内标参考谱线HⅠ656.2 nm氢原子谱线强度比值能有效的克服实验条件波动带来的影响,因此,内标法给出的NaCl溶液中Na元素的定标曲线的线性相关系数最大。而对于小波变换降噪处理方法,能够有效的降低LIBS光谱的连续背景带来的噪声,但不能克服实验条件波动对LIBS光谱信息的影响,因此小波变化降噪方法能够提高LIBS的RSD,但对降噪处理后的外标法给出的定标曲线的线性相关系数的提高影响不大。说明内标法有效的提高了检测灵敏度,减弱了实验条件波动带来的影响,定标曲线具有更好的线性相关性。而小波变换降噪处理后有效降低了LIBS光谱中的连续背景光谱噪声,实现LIBS检测限变低。谱线NaⅠ589.0 nm为分析谱线得到的RSD和LOD值小于以谱线NaⅠ589.6 nm为分析谱线的结果,NaⅠ589.0 nm和NaⅠ589.6 nm这两谱线的上能级分别为2.104和2.102 eV, 发现分析谱线的上能级对NaCl溶液中的Na元素的RSD和LOD值有影响,存在上能级大,而RSD和LOD值较小的现象。研究结果表明,LIBS技术可以实现溶液中元素的原位实时检测,并在水污染检测方面受到广泛关注。     

Research on meat species and freshness identification method based on spectral characteristics

This paper proposed a method of meat recognition method based on the artificial neural network of wavelet denoising. In this study, visible reflected spectra (from 380 nm to 780 nm) of beef and pork with different freshness were measured with fiber sensor spectrometer. The wavelet multi-resolution analysis was employed and the ideal way of decomposing layers was selected to eliminate the burr noise or abnormal data caused by absorption and scattering spectra signals in optical fiber. Then a kind of with a double-hidden layer was applied to analyze meat spectral reflectance data, and the back propagation-artificial neural network (BP-ANN) was trained by Polak–Ribiere conjugate gradient learning algorithm. The experimental results show that the method can analyse the complex spectrum signals and achieve a good identification on the species and freshness of meat.     

分布式反馈激光器动态扫描光纤布拉格光栅波长解调系统

通过对该系统采集到的法布里-珀罗(F-P)标准具透射谱和光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射谱进行寻峰算法以及拟合算法的研究,采用C语言编程和LabVIEW编程相结合的方式,实现了FBG波长信号的解调。其中,由于系统采集到的F-P透射谱和FBG反射谱线时域信号数据都由离散点构成,且在3dB带宽内均符合高斯曲线分布,采用高斯拟合对采集到的信号数据进行寻峰处理,提高系统精度;又由于分布式反馈(DFB)激光器的波长扫描存在着一定的非线性,采用二项式拟合对DFB激光器的波长扫描曲线进行拟合,以降低其非线性导致的误差。另外,设置一路标准FBG传感通道用于波长校准。实验研究表明该系统稳定性良好,波长测量范围为1 550.012~1 554.812nm,分辨力为1pm,精度为±10pm,验证了该系统可用于FBG波长信号检测的可行性。