1 中国石化中原油田分公司, 河南濮阳 457001
2 长江大学地球物理与石油资源学院, 湖北武汉 430100
3 浙江大学控制科学与工程学院, 浙江杭州 310027
针对脉冲涡流技术在油气井套管检测过程中易受到环境影响而产生的噪声干扰问题, 提出一种油气井套管电磁检测数据的分段动态自适应降噪方法。通过对比分析仿真信号、实验井检测信号与实测井检测信号的差异, 结合实际检测过程中的噪声来源分析, 建立了基于偏心-抖动-温度影响因素的检测信号补偿模型。基于该补偿模型训练得到油气井套管电磁检测数据的分段动态自适应降噪模型。测井数据消噪实验结果表明, 所研究方法与常用的降噪方法相比能更好地抑制实际检测过程中偏心、抖动及温度因素带来的噪声影响, 具有应用和借鉴价值。
无损检测 油田套管 电涡流 降噪 non-destructive testing oil field casing eddy current noise reduction 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1156
1 南京城市职业学院智能工程学院，江苏南京 211200
2 南京信息工程大学 江苏省气象探测与信息处理重点实验室
3 南京信息工程大学 江苏省气象传感网技术工程中心，江苏南京 210044
针对气体泄漏声波信号降噪的问题，提出一种集合小波包分析(WPA)与变分模态分解(VMD)相结合的降噪方法。通过小波包变换对信号的噪声进行预处理；利用 VMD对去除噪声的信号进行分解，得到所有的本征模函数(IMF)分量，并根据相关系数准则判断有效 IMF；最后提取有效成分并进行信号重构。对本文方法进行验证，结果表明，本文方法能够有效剔除气体泄漏信号中包含的各种噪声，降噪后信噪比为 15.485 1，均方根误差为 0.028，为后续信号分析减少了干扰，也为气体泄漏声波信号的特征提取与分析提供了新的思路。
降噪 气体泄漏 小波包分析 变分模态分解 预处理 noise reduction gas leakage wavelet packet analysis Variational Mode Decomposition pretreatment 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1031
1 山东省路桥集团有限公司, 济南 250011
2 山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点实验室, 青岛 266590
3 山东大学 齐鲁交通学院, 济南 250002
受隧道爆破复杂环境和仪器电磁干扰等因素的影响, 实测爆破振动信号多含有高频噪声, 通过直接分析原始信号不能有效分析爆破振动规律。为获得真实的爆破振动特征, 采用基于最优变分模态分解(OVMD)和多尺度排列熵(MPE)相结合的信号光滑降噪模型, 通过仿真叠加信号和工程实测信号进行检验。首先将信号进行OVMD分解得到带限固有模态函数(BIMF), 然后将大于MPE设定阈值的高频BIMF作为噪声剔除, 最后重构剩余BIMF分量, 得到降噪信号。结果表明: OVMD-MPE模型能精确识别信号的频率信息, 前两阶分量能有效反映叠加信号的有效成分, 适用高精度数据序列分析, 提取数据序列特征; 相较EEMD-MPE和CEEMDAN-MPE模型, OVMD-MPE模型具备更优降噪性能, 降噪误差比、均根方误差和光滑度分别提升22.05%、48%和33.34%, 去噪后曲线更贴近原始信号, 更适用不同震源距离的爆破信号分析; 双子山隧道右线施工时产生的爆破扰动集中于200 Hz以下的中低频段, 双子山隧道衬砌结构的固有频率与爆破信号频率相仿, 需采取减震措施确保隧道工程的施工安全。
隧道工程 爆破振动 信号降噪 tunnel engineering blasting vibration OVMD OVMD MPE MPE signal noise reduction
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026 国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
傅里叶变换红外光谱技术可同时测量多种温室气体组分的浓度。 仪器噪声和谱线重叠效应会对光谱数据的质量产生影响, 从而影响各组分反演浓度的结果。 针对上述问题, 使用不同数量的主成分对时序测量光谱矩阵进行重建, 并将重建光谱矩阵与原始光谱矩阵之间的欧式距离和余弦距离作为动态选择主成分数量的判据, 重建时序测量光谱, 从而提高时序光谱数据的质量。 采用该方法分别对数值仿真光谱、 标准气体测量光谱和外场实验测量光谱进行了处理。 结果表明, 叠加0.001 RMS噪声的数值仿真光谱经过光谱重建后, 光谱的结构特征未明显改变, 重建光谱与原始光谱之间的残差标准差为4.191×10-4, 有效降低了测量光谱中噪声的影响。 采用该方法对标准气体的平均测量光谱进行了重建, 并比较了重建光谱与平均光谱的反演浓度精度。 1 min平均测量光谱反演各组分浓度的精度为CO2: 0.24 μmol·mol-1、 CH4: 5.24 nmol·mol-1、 N2O: 2.92 nmol·mol-1和CO: 4.72 nmol·mol-1; 5 min平均测量光谱反演各组分浓度的精度为CO2: 0.18 μmol·mol-1、 CH4: 2.30 nmol·mol-1、 N2O: 1.03 nmol·mol-1和CO: 1.53 nmol·mol-1; 1 min重建光谱反演各组分浓度的精度为CO2: 0.17 μmol·mol-1、 CH4: 2.97 nmol·mol-1、 N2O: 0.72 nmol·mol-1和CO: 1.40 μmol·mol-1; 5 min重建光谱反演各组分浓度的精度为CO2: 0.15 μmol·mol-1、 CH4: 1.74 nmol·mol-1、 N2O: 0.29 nmol·mol-1和CO: 0.97 nmol·mol-1。 利用重建光谱进行反演能够显著提高气体反演浓度的精度, 5 min重建光谱反演浓度的精度结果能够达到WMO/GAW的扩展测量精度要求。 在外场实验中, 1 min重建光谱反演CO2得到的浓度与1 min平均光谱反演得到的CO2浓度的相关系数可达到89.40%。 综合分析可知, 对FTIR时序光谱数据进行主成分动态选择不仅降低了时序测量光谱中噪声的影响, 而且有效保留了时序测量光谱的特征变化信息。
傅里叶变换红外光谱 主成分分析 光谱降噪 温室气体 FTIR Principal component analysis Spectral noise reduction Greenhouse gas 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2313
1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京100192
3 北京航天发射技术研究所, 北京100076
激光光斑中心的准确定位对共焦显微系统有着重要作用。为了提高光斑中心定位的准确性, 设计了一种基于OpenCV的高精度光斑中心定位检测方法。首先对采集到的光斑图像进行降噪滤波, 再通过聚类分析, 筛选连通域排除粗大误差, 然后对目标连通域边缘进行形态学处理, 最后将边缘数据拟合成椭圆定位光斑中心。仿真与实验结果表明：该方法与其他传统光斑中心定位方法相比, 具有小于0.1 pixel的亚像素级定位精度, 检测结果更稳定, 是一种高精度的光斑中心定位方法。
共焦显微系统 光斑中心定位 滤波降噪 聚类分析 形态学 confocal microscope system spot center positioning filtering and noise reduction cluster analysis morphology
Author Affiliations
Abstract
1 Graduate School of Engineering, Osaka University, Yamadaoka 2-1, Suita, Osaka 565-0871, Japan
2 Global Center for Medical Engineering and Informatics, Osaka University, Yamadaoka 2-2, Suita, Osaka 565-0871, Japan
Accurate determination of the optical properties of biological tissues enables quantitative understanding of light propagation in these tissues for optical diagnosis and treatment applications. The absorption () and scattering () coefficients of biological tissues are inversely analyzed from their diffuse reflectance (R) and total transmittance (T), which are measured using a double integrating spheres (DIS) system. The inversion algorithms, for example, inverse adding doubling method and inverse Monte Carlo method, are sensitive to noise signals during the DIS measurements, resulting in reduced accuracy during determination. In this study, we propose an artificial neural network (ANN) to estimate and at a target wavelength from the R and T spectra measured via the DIS to reduce noise in the optical properties. Approximate models of the optical properties and Monte Carlo calculations that simulated the DIS measurements were used to generate spectral datasets comprising , , R and T. Measurement noise signals were added to R and T, and the ANN model was then trained using the noise-added datasets. Numerical results showed that the trained ANN model reduced the effects of noise in and estimation. Experimental verification indicated noise-reduced estimation from the R and T values measured by the DIS with a small number of scans on average, resulting in measurement time reduction. The results demonstrated the noise robustness of the proposed ANN-based method for optical properties determination and will contribute to shorter DIS measurement times, thus reducing changes in the optical properties due to desiccation of the samples.
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2350012
本文设计了一种新型的二维声子晶体结构，采用有限元法和等效模型法进行了深入研究，发现该结构具有良好的低频吸声性能。通过理论推导和仿真计算发现，在21 mm的晶格常数条件下，该结构在0~800 Hz具有完整的四条带隙。第一带隙下限低至40.28 Hz，且具有约为93 Hz的带宽，计算其传声损失后，发现其在低频域内具有良好的隔声效果，最大隔声量可达87.31 dB。对该结构的多个振动模态分析，建立相应的等效模型，并基于等效模型探究了不同因素对带隙频段造成的影响，总结出该新型二维声子晶体的一般性规律。研究结果表明，增大散射体密度和减小基体密度可以增加带宽，增大填充率和对散射体适当进行开孔处理可以改善带隙特性。该研究对于解决低频噪声控制问题具有一定参考意义和工程应用价值。
声子晶体 局域共振 带隙机理 低频降噪 隔声 散射体 phonon crystal local resonance band gap mechanism low frequency noise reduction acoustic insulation scatterer
1 输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学电气工程学院），重庆 400044
2 中国石化集团重庆川维化工有限公司，重庆 401254
基于空芯反谐振光纤设计搭建了光纤增强拉曼光谱检测平台，实现了95%的激光耦合效率；提出CCD和小孔协同降噪方法，使信噪比提高约6倍；相比于未使用光纤时，信噪比提高约270倍。基于单一标准浓度气体分析，确定了用于气体定性的特征拉曼谱峰及标定模型并建立了过程气体定量分析模型，实现了CH4裂解制备C2H2过程气体现场样本的同时检测分析，主要成分包含H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H6和C2H4。各气体同时最小检出限分别达到6.3、26.6、1.2、2.2、4.2、3.9、9.1 μL/L?bar，各气体含量分别为560 588.51 μL/L、230 678.21 μL/L、33 107.65 μL/L、56 086.77 μL/L、77 945.56 μL/L、1 307.19 μL/L、1 823.55 μL/L，各气体浓度与色谱仪标定值相符，检测误差低于4.95%。该方法为CH4裂解制备C2H2控制提供了重要的途径。
拉曼光谱 过程气体 空芯反谐振光纤 降噪 Raman spectroscopy Process gases Hollow-core anti-resonance fiber Noise reduction
为了解决周期格栅结构在低频领域的振动问题, 基于局域共振机理, 本文设计了一种新型复合二维周期格栅结构, 结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究, 并在此基础上对结构进行优化设计。分析发现, 仅对包覆层结构进行优化, 便可大幅降低带隙的起始频率。带隙的位置由对应局域共振模态的固有频率决定, 通过改变结构的材料和尺寸参数可以将带隙调节到满足实际工程应用的范围。数值仿真结果与试验测试结果一致, 该结构可在40~90 Hz的低频范围打开宽度50 Hz的完全带隙, 最大振动衰减达到36 dB。这种结构设计为周期格栅结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法, 具有潜在的应用前景。
二维周期格栅 局域共振 低频带隙 声子晶体 结构优化 减振降噪 two-dimensional periodic lattice local resonance low frequency band gap phononic crystal structural optimization vibration and noise reduction
为了提高平面度测量的精度，提出优化点激光方法。首先将点激光测量坐标系进行转换；然后用激光束进行平面标定，同时通过滑动滤波对激光采集混有的噪声点进行降噪，以免影响测试，建立测量数据的非线性误差和激光位移传感器输出模型进行输出误差补偿；最后通过最小二乘算法获得最佳拟合平面。实例验证结果显示，优化点激光的平面度误差测量平均值为5.189 μm，相比直接法、平面扫描仪法、横截线扫描法、点激光测量法、光谱共焦法测量平面度误差，分别减少了18.77%、16.78%、12.45%、9.17%、6.54%，测量精度较高。
激光 降噪 平面度 误差 laser noise reduction flatness error
