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小波神经网络在罐形容器缺陷检测中的应用研究

作　者: 王俏
导　师: 陈平
学　校: 山东理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 声发射缺陷检测区间小波包能量矩优化神经网络 DSP MSP430
分类号: TP183
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 2次
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内容摘要

随着罐形容器的普遍使用,其安全性能和缺陷检测方法越来越受到社会各界的关注。研制开发一种高性能快速、可手持操作、便于进行数据处理和实时检测的罐形容器缺陷检测系统,具有重要的现实意义和应用价值。目前罐形容器声发射缺陷检测通常采用“小波包—能量”作为神经网络的输入特征向量。缺点是只能满足对信号的高频和低频成分分别进行分解,而不能按频带的自身特点进行选择性分解,特征提取方法也没有充分利用小波包在时域上的局部分析能力,若能考虑小波包在时间轴上的信息,将更有助于提取缺陷特征信号。针对以上问题,本文提出了一种基于“区间小波包—能量矩”的声发射特征提取方法,它能按信号能量集中的关键频段进行自适应分解,提取特征充分利用了小波包的时域信息。同时针对传统BP神经网络收敛速度慢,迭代时间长等问题,提出梯度优化的神经网络算法,并对BP算法的激活函数进行了改进。研究结果表明,该方法大大简化了算法的复杂度,提高了容器缺陷检测的识别率,同时实现了缺陷信号的单传感器定位,具有较好的应用和推广价值。为满足本系统的高速采样和数据处理的需要,在硬件设计中采用了以TMS320C6713(DSP)和MSP430F149(MCU)为核心的双CPU结构,其中DSP主要负责信号的采集与处理,包括小波与神经网络算法等,MCU负责人机外设的管理、数据通信和I/O控制等。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 选题的目的和意义  8
  1.2 罐形容器缺陷检测中常用的无损检测方法  8-9
  1.3 罐形容器缺陷检测的研究现状和发展趋势  9-11
    1.3.1 罐形容器缺陷检测的研究现状  9-10
    1.3.2 罐形容器缺陷检测的发展趋势  10-11
  1.4 论文的主要研究内容和技术路线  11-12
  1.5 本章小结  12-13
第二章基于声发射检测的罐形容器缺陷的识别  13-20
  2.1 声发射检测技术介绍  13
  2.2 罐形容器的典型声发射源分析  13-14
  2.3 罐形容器缺陷检测的声发射加载程序  14-15
    2.3.1 加载准备  14
    2.3.2 载荷控制  14-15
  2.4 声发射检测系统的硬件构成  15-16
  2.5 声发射检测信号处理方法  16-19
    2.5.1 声发射参数分析法  17
    2.5.2 声发射波形分析法  17-19
  2.6 本章小结  19-20
第三章基于小波分析的罐形容器缺陷检测方法及改进  20-31
  3.1 小波基础理论  20-22
  3.2 罐形容器缺陷检测系统的噪声处理  22-26
    3.2.1 小波消噪原理  23
    3.2.2 小波最大分解尺度与小波基的选取  23-24
    3.2.3 小波阈值消噪方法  24-25
    3.2.4 改进阈值函数的消噪方法及其应用  25
    3.2.5 罐形容器的声发射信号去噪对比实验研究  25-26
  3.3 罐形容器缺陷检测特征提取方法及其改进  26-30
    3.3.1 基于传统的小波包能量特征提取方法  26-28
    3.3.2 改进的基于区间小波包的能量矩特征提取方法  28-30
  3.4 本章小结  30-31
第四章基于神经网络的罐形容器缺陷检测方法及改进  31-42
  4.1 BP神经网络及其模式识别原理  31-32
  4.2 梯度优化算法基本理论  32-33
    4.2.1 梯度法简介  32-33
    4.2.2 梯度法优化原理  33
  4.3 改进的BP神经网络算法  33-37
    4.3.1 BP算法存在的问题  33-34
    4.3.2 梯度优化算法对BP神经网络的改进  34-36
    4.3.3 BP算法激活函数的改进  36-37
  4.4 罐形容器缺陷检测的神经网络识别结果分析  37-40
  4.5 金属罐形容器的缺陷定位分析  40-41
  4.6 本章小结  41-42
第五章系统硬件电路设计  42-62
  5.1 硬件总体实施方案  42
  5.2 系统的功能和特点  42-43
  5.3 主控制器MCU和DSP的选择  43-45
    5.3.1 MCU的选择  44
    5.3.2 数字信号处理器DSP的选择  44-45
  5.4 DSP端硬件电路设计  45-51
    5.4.1 DSP的复位、时钟和JTAG接口电路设计  46-48
    5.4.2 A/D模数转换电路设计  48-49
    5.4.3 存储器扩展电路设计  49-51
  5.5 MCU端硬件电路设计  51-56
    5.5.1 MCU的复位、时钟和JTAG接口电路设计  51-52
    5.5.2 键盘电路设计  52-53
    5.5.3 LCD显示电路设计  53-54
    5.5.4 通信接口电路设计  54-56
  5.6 系统电源电路设计  56-58
  5.7 DSP与MCU的数据交换  58-61
    5.7.1 SPI串行通信设计  58-60
    5.7.2 HPI并行通信设计  60-61
  5.8 本章小结  61-62
第六章系统软件设计  62-82
  6.1 软件总体实施方案  62
  6.2 DSP端软件设计模块  62-70
    6.2.1 DSP初始化模块设计  62-63
    6.2.2 DSP引导加载模块设计  63-67
    6.2.3 DSP中断采样模块设计  67-68
    6.2.4 小波神经网络算法在DSP中的实现优化  68-70
  6.3 单片机端软件设计模块  70-79
    6.3.1 初始化模块设计  70
    6.3.2 主程序模块设计  70-71
    6.3.3 LCD显示模块设计  71-74
    6.3.4 键盘处理模块设计  74-75
    6.3.5 通信模块设计  75-79
  6.4 系统调试  79-81
    6.4.1 DSP系统的调试  79-80
    6.4.2 MCU系统的调试  80-81
    6.4.3 DSP与MCU联机调试  81
  6.5 本章小结  81-82
第七章总结与展望  82-84
  7.1 总结  82
  7.2 展望  82-84
致谢  84-85
参考文献  85-88
攻读硕士学位期间发表的论文  88

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