IJC 国际期刊的腐蚀 1687 - 9333 1687 - 9325 Hindawi 10.1155 / 2017/7925404 7925404 研究文章 离散小波变换及其应用在局部腐蚀测量噪声去除 http://orcid.org/0000 - 0003 - 2712 - 9130 拉莫斯 视频做 1 http://orcid.org/0000 - 0002 - 6788 - 7545 Valdez-Salas 便雅悯 1 http://orcid.org/0000 - 0003 - 3027 - 8866 Zlatev Roumen 1 http://orcid.org/0000 - 0003 - 3581 - 4963 Schorr维纳 迈克尔 1 Bastidas工作机制 何塞玛丽亚 2 Deflorian 弗拉维奥 1 工程学院 自治下加利福尼亚大学 大道贝尼托华雷斯 叛乱分子埃斯特 21280年墨西卡利 公元前 墨西哥 uabc.mx 2 国家冶金研究中心(CENIM)马德里 西班牙国家科学研究委员会(CSIC) 马德里 西班牙 2017年 4 6 2017年 2017年 30. 01 2017年 24 04 2017年 4 6 2017年 2017年 版权©2017拉莫斯et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

目前的工作讨论了感应外部电噪音的问题及其去除从获得的电势扫描振动电极技术(SVET)点状腐蚀铝合金A96061在3.5%氯化钠的过程。一个可访问的和有效的解决这一问题提出了用虚拟仪器(VI),嵌入式系统,离散小波变换(DWT)。DWT是计算数字处理算法,允许获得电气噪声和信号噪声比(信噪比)优于同锁定放大器设备。结果表明:DWT和阈值方法是有效和强大的潜在替代品进行电气测量信号以SVET局部腐蚀过程。

 材料腐蚀实验室UABC工程学院 1。介绍

目前,VI提供新颖和有效的替代数字测量和处理的电信号在腐蚀研究中,成本的显著好处VI系统,与传统仪器的成本相比,它的功能是由制造商定义的,而不是最终用户,允许替代传统测控仪器与现代计算机工具。

1.1。电极扫描技术

电化学电极扫描技术和扫描振动由扫描参考参比电极(爆炸回流和SVET) ( 1),因为SVET是最好的信噪比,如果我们比较的最小测量范围爆炸回流技术(之前SVET), 200年 μV和有限的噪声信号( 2, 3]。

在SVET电极振动的位移很小,在1到100的范围 μm;这个位移提供一个小离子通量对应的电极电势,在微伏的顺序 4]。

电信号在微伏的范围意味着这些容易受到电子噪声,影响相当的电信号使其强烈依赖于信噪比,比如SVET的势能曲线。在这些条件下,测量振动电极的电位差引起电信号的潜在价值的不确定性。

 1.2。电噪音的来源

主要有两种类型的噪声源SVET系统:内部噪声和外部噪音。内部产生的噪声是组件的系统由于其属性和性质(热噪声、纹波噪声和脉动噪音)。电化学体系的内部噪声出现在固液界面称为电化学噪声(EN)的来源是几种类型的波动:物种的浓度涨落在金属/电解液界面,上下表面形态、上下电极的活动,和上下电极表面上的活动 5]。

外部噪声的主要识别源电气噪声也被称为白色或高斯噪声被认为是一个令人不安的变量的测量系统。这来自外部电或磁源,影响电力系统的所有组件包括电化学,电极,连接,仪表。提出的干扰可以静止不动的,不稳定,或随机的,电噪音的主要来源是当前传统的电气线路,荧光灯,电脑,和电动机。

 1.3。虚拟仪器

VI是一个必不可少的工具的工具发展的测量和控制仪器在实验室或现场的测量和控制及其应用化学和电化学系统应用于腐蚀也不例外( 6- - - - - - 8]。在谈到VI时,我们是指一种乐器在计算机的硬件和接口,允许之间的物理和功能连接VI系统测量和控制。力是可回收的,容易扩展,可以连接到外部世界,简单的配置和低成本收购(测量)通道。目前对可编程嵌入式系统,其功能的主要优势是由最终用户;根据我们的需求,我们设计与传统刚性由制造商定义仪器的功能,旨在满足一般或特定的需求。VI发展的背景可以追溯到1986年,当时国家仪器介绍了虚拟仪器®虚拟仪表平台是在MAC电脑上运行。

虚拟仪器的主要特点之一是易于使用,有效的专业程序员和一些编程知识的人。虚拟仪器是一种图形化编程工具,也就是说,程序是不会写但,促进理解。已经预先设计很多编程模块,便于程序员创建项目,让他少花点时间在编程。

 1.4。嵌入式系统

嵌入式系统是计算机设计有一个特定的功能,与通用计算机,顾名思义,是为了执行通用计算功能。应用的嵌入式系统有很大的多样性,一些日常使用的控制操作家用电器或更复杂的数据采集和控制在工业,航空航天,汽车,等等。与嵌入式系统可以进行可编程实时测量和控制操作。嵌入式系统的主要优势是做数字信号处理(DSP)无论电脑的使用,使嵌入式系统完全可回收、便携、高效和经济的VI与终端用户定义的功能。

 1.5。小波变换

小波变换(WT)已经广泛应用在平稳和非平稳的信号分析。这些应用程序包括去除电噪音的信号,检测突然中断,和大量的数据压缩。WT在腐蚀研究的使用也不例外,如图所示的作品发表在文献[ 9- - - - - - 12]。

WT,可以将信号分解成一组组成的信号,称为小波,每个都有一个定义良好的,主频率,类似的傅里叶变换(FT)表示信号的正弦和余弦函数的无限的时间。在WT,小波是短时间内的瞬态函数,也就是说,有限的时间集中在一个特定的时间。英国《金融时报》的问题是,当从时域到频域的信息发生了什么时间丢失。观察使用英国《金融时报》获得的频谱是简单区分被分析信号的频率内容但不可能推断出在什么时候的分量信号的频谱出现或消失。与英国《金融时报》,WT允许在时间和频率域分析提供信息的进化一个信号的频率内容随时间( 13]。

在英国《金融时报》的情况下,WT离散,称为离散小波变换(DWT)和对传统的英国《金融时报》方法代表了一个重要的优势。WT分解成几个信号尺度代表不同的频带,而且,在每个规模、WT的位置可以确定在重要时间特性的电气噪声可以有效地识别和移除。短时小波允许信息提取高频组件。这是重要的信息,消除电噪音以来电噪音更可能表现出高频波动( 14]。长期从低频小波让你提取信息。与高、低频率的信息,我们可以定义一个阈值和零频率干扰阈值以下的电噪声 15]。

把电气噪声从信号的开创性工作通过WT在Donoho的作品有它的起源,约翰斯通( 16, 17),建议使用一个阈值去除高斯白电噪音的信号。类似的工作但与使用离散小波变换抽取(UWT)给出后允许电气噪声的去除由非线性方法建议Coifman和Donoho 18]。

DWT被认为是一个合适的工具,消除电气噪声作为新型替代替代过程的衰减电噪音使用低通滤波器的系统锁定放大器或快速傅里叶变换(FFT),仅可用于电噪音的情况下,一个非常小的乐队或完全不同的重叠和分离信号和噪声能够使用过滤的方法,这是一个重要的限制在处理数字信号的时刻不是静止的内容会随着时间而改变。

 1.6。噪声衰减过程与DWT使用阈值方法

阈值小波变换方法是最常用方法的电噪声的衰减( 19),主要的理论基础是确定的系数在时间和频率域信号,整个空间集中的能量SVET信号以及噪声的系数和能源,通常是分布在整个时间域和频率的能量小于SVET信号的能量。

通过分解SVET DWT的信号与噪声,我们发现结果WT SVET电位信号的系数大于噪声信号的小波系数;这个系数识别允许定义一个阈值,使系数低于阈值等于零,导致噪声去除的潜在SVET信号。

 1.7。阶段噪声阈值去除的方法

图 1显示了一个方案的一般方法去除电噪音阈值方法。我们展示了三个主要阶段,分解、阈值的应用程序,和重建,以及各自的子阶段。虚拟仪器的分解、阈值和重建隐含在降噪函数如下:

分解:它由确定的系数低和高频率和水平的阈值将被应用使用的DWT SVET势能曲线电白噪声污染。在虚拟仪器的降噪功能,我们可以选择母小波分解和水平的潜在信号。

应用的门槛:随后,一旦SVET潜在信号系数决定,选择一个阈值来消除所有阈值低于阈值。在降噪函数我们可以选择软阈值和硬阈值,类型的重新调节,和阈值的规则。

后重建:最后,应用阈值和噪声消除,得到的系数,使用的水平,和小波是重建的一部分。重建,我们终于获得SVET潜在的免费电噪音的信号。

本调查的目的是获得潜在SVET信号信噪比高的铝合金A96061接触氯化钠水溶液中3.5%。

通用阈值过程。

 2。材料和方法 2.1。金属和标本

在实验中,样品的铝合金A96061保护与铬转化膜使用,应用铬氧化物作为航空航天的防腐预处理的应用程序。点状腐蚀的形成过程中,铝标本暴露在一个盐雾室。云雾室中使用的解决方案是3.5%氯化钠20°C;测试过程后进行推荐标准ASTM B117。

 2.2。系统采用

这里有四个主要设备集成的配置系统用来确定和衡量SVET的潜在信号。

第一个是自制SVET装置,利用振动与10到20微电极 μ20米球铂黑尖和振实 μ振幅的平均距离为100 μ米样品的表面,60赫兹的频率。

第二个是一个强大的近红外范围10 x - 200 x 5.0像素的视频检测系统,彩色CMOS, 6-LED光学显微镜操作在850 nm,和USB 2.0红外数字显微镜用自制的直系阶段重点控制机制的范围从8.5毫米到112毫米,与步进电机NPM PF35-24CL。

第三个是自制SVET设备 X Y 阶段,步进电机PX245M-01 VEXTA模型,获得控制仪表放大器输入阻抗高(1013Ω/ 100 fA)。

第四个是嵌入式数据采集FPGA(现场可编程门阵列)倪里约热内卢倪myRIO双核Xilinx z - 7010处理器,667 MHz处理速度256 MB的非易失性内存,和USB接口。这包括12位CAD和采样率为500 k / s连接到计算机的主要功能是显示结果和存储信息以及执行控制SVET的虚拟仪器系统和计算机视觉研究下光学预分析的标本。澄清是很重要的,数据采集系统采用双核处理器和FPAG一系列组件允许VI程序运行在倪myRIO实时背景噪声衰减过程。图 2(一个)显示了完整的系统图和图 2 (b)显示了系统使用。

系统配置

系统采用

 2.3。方法

中的点蚀铝A96061表面接触后盐雾是preanalyzed和计算机视觉识别光使用虚拟仪器开发的实验室和VI局部腐蚀图像分析仪(LCIA)。LCIA决定坑在笛卡尔坐标系的位置。随后,坐标是由发送电子文件为电化学工作站与SVET扫描运行。LCIA一个有效的应用程序扫描,只在咬了计算愿景,节省了大量的时间扫描。

探索雾室测试后出现的坑在3.5%氯化钠以前检测到的计算机视觉系统是使用SVET进行验证。

VI受雇于电噪音衰减包括数字化的潜在信号通过SVET背景噪声下检测和降噪的应用和数字滤波器设计功能的虚拟仪器测试信号,抑制背景噪声。

 3所示。结果

局部腐蚀坑在盐雾条件下,生成的程序推荐ASTM标准B117 SVET技术,DWT的应用,数字滤波,实现在嵌入式FPGA myRIO系统,使用VI的光学预处理与局部腐蚀标本。

图 3显示的光学图像预处理。(一)对应的数字化图像观察标本和(b)显示了preoptical处理。红、绿、蓝、黄颜色表示可能的刺。

识别潜在的点蚀计算愿景:(a)数字化形象;(b)预处理的颜色红色,绿色,蓝色,黄色识别潜在的刺。

SVET电位曲线的距离如图 4对应的绿色标识的咬光图的预处理 2。测量的结果是一个电信号沉浸在噪音。在图的势能曲线 3,测量信噪比为9.03 dB。

信号的潜在SVET沉浸在噪声环境下信噪比为9.03分贝。

通过数字化处理VI的潜在信号,离散小波变换,以及虚拟仪器降噪功能中实现嵌入式FPGA myRIO系统,一个潜在的曲线测量信噪比为178.56分贝。图 5显示了潜在的振幅SVET对势能曲线的距离与DWT数字处理。使用的参数是一个Daubechies (db02), 15级,阈值法和软阈值小波。

电噪音衰减与信噪比为178.56 dB小波降噪。

通过数字化处理虚拟仪器的潜在信号数字滤波器设计过程)函数中实现嵌入式FPGA myRIO系统,由此产生的势能曲线使用过程如图 6信噪比为38.59 dB。SVET阳极电位曲线在图 3,数字滤波器用于获得这些结果是Dolph-Chebyshev窗口型低通滤波器。

电气噪声抑制与信噪比38.59 dB的数字滤波。

表 1总结了在SVET潜在的测量获得的值。

与小波变换结果的测量和噪声衰减和数字滤波。

信号 振幅( µV) 信噪比(dB) 噪声抑制(dB) 峰值的位置潜力( µ米)
电极SVET −2 - 2 9.03 0 481年
电极SVET DWT去噪 −1.10到0.80 178.56 169.53 481年
电极SVET,数字滤波器 −0.90到0.60 38.59 31.31 581年
4所示。讨论

结果通过比较两个对嵌入式数据采集系统中实现FPGA myRIO。第一个使用的小波降噪功能先进的信号处理工具箱和第二个工具和功能的虚拟仪器数字滤波器的设计。此外,光学信息预处理预分析方法提供了选择A96061铝标本。

与preoptical处理可以实时检测潜在的点蚀和笛卡尔坐标的点蚀,为了执行扫描只在初期的叮咬。这个过程的直接好处是减少扫描时间和SVET技术。

图 4显示了一个SVET势能曲线沉浸在电噪音从而无法测量电势由于腐蚀没有噪声抑制的应用。

数据的图表 5和 6和表 1演示电噪音衰减与DWT数字滤波以及电气测量由SVET的总结,分别。

很明显,DTW显著增加,相对应的信噪比为178.56分贝的噪音去除169.53 dB相比9.03 dB SVET潜力的电极,如图 4。

使用数字滤波器,实现信噪比为38.59 dB,代表一个电噪音衰减为31.3 dB,显著减少潜在的振幅和位移的潜在峰值的位置距离100年的咬 μm关于潜在的波形的时间,这主要是由于瞬态响应特征或过滤器不稳定区域。

嵌入式系统的使用提供了一个重要的优势实现虚拟仪器可以开发便携式工具的具体功能,可回收和可伸缩的局部腐蚀的研究。

如果我们DTW的比较结果,我们发现噪声去除169.53 dB高于由31.31 dB的数字滤波。另一方面,与DWT阳极电势波形的峰值481微米的坑在原来的位置保持不发生如果我们使用数字滤波。

 5。结论

VI中实现嵌入式系统开发与应用程序的电势测量和电噪声去除SVET结果。VI和嵌入式系统是可回收、可伸缩、end-user-defined为特定应用程序和替代传统电化学测量。

实验证实,DWT和阈值方法是有效和强大的潜在替代品进行电气测量信号局部腐蚀过程SVET衡量。DWT的虚拟仪器功能的应用可以有效地去除噪声信噪比为169.53 dB电气或更高。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

作者承认的材料腐蚀实验室UABC工程研究所提供的经济支持和设施发展的电子仪器和测试实验流程。他们感谢冶金研究的国际合作与国家中心(CENIM)马德里,西班牙国家科学研究委员会(CSIC),为研究和实验过程中提供的支持工作。

 Akid R。 Garma M。 扫描振动参比电极技术:校准的研究来评估最优操作参数对最大点源信号检测活动 Electrochimica学报 2004年 49 17 - 18 2871年 2879年 10.1016 / j.electacta.2004.01.069 2 - s2.0 - 2442475069 艾萨克斯 h·S。 石川 Y。 当前和潜在的瞬变期间不锈钢局部腐蚀的 电化学学会》杂志上 1985年 132年 6 1288年 1293年 10.1149/1.2114104 2 - s2.0 - 0022076312 藤本 年代。 柴田 T。 电机Kagaku, 64, 967 (1996) 拉莫斯 R。 Zlatev r·K。 Stoytcheva m . S。 瓦尔迪兹 B。 弗洛勒斯 年代。 Herrera a . M。 点状腐蚀特性由SVET应用同步噪声抑制技术 ECS事务 2010年 29日 1 33 42 lectrochemical社会 10.1149/1.3532301 2 - s2.0 - 79959668357 马库斯 P。 Mansfeld F。 分析方法在腐蚀科学和工程 2006年 拉莫斯 R。 Zlatev R。 瓦尔迪兹 B。 Stoytcheva M。 Carrillo M。 加西亚 肯尼迪。 2010基于计算机视觉平台的虚拟仪器和虚拟仪器为点状腐蚀研究中的应用 分析方法在化学杂志》上 2013年 2013年 8 193230年 10.1155 / 2013/193230 2 - s2.0 - 84877258982 孟 H。 李 J.-Y。 唐 中州。 虚拟仪器二阶反应速率常数的确定基于LabVIEW 8.0 pX 自动化方法和管理在化学杂志》上 2009年 2009年 7 849704年 10.1155 / 2009/849704 2 - s2.0 - 70349257337 王 W.-B。 李 J.-Y。 吴 Q.-J。 化学的设计基于虚拟仪器的虚拟仪器确定温度和压力 自动化方法和管理在化学杂志》上 2007年 2007年 7 68143年 10.1155 / 2007/68143 2 - s2.0 - 34250799094 Moshrefi R。 Mahjani m·G。 Jafarian M。 应用小波熵分析腐蚀的电化学噪声类型识别 电化学通讯 2014年 48 49 51 10.1016 / j.elecom.2014.08.005 2 - s2.0 - 84906846036 孟ydF4y2Ba H。 王 C。 彭 Y。 杨 年代。 徐 Z。 小波分析及其应用领域的微生物腐蚀 诉讼第三国际智能信息技术应用研讨会上,IITA 2009 2009年11月 南昌,中国 IEEE计算机协会 10.1109 / IITA.2009.68 2 - s2.0 - 77649332716 沃顿商学院 j . A。 木 r . j . K。 Mellor b G。 小波分析在腐蚀电化学噪声测量奥氏体和superduplex不锈钢在氯媒体 腐蚀科学 2003年 45 1 97年 122年 10.1016 / s0010 - 938 x (02) 00140 - 3 2 - s2.0 - 0036026530 王 X。 王 J。 傅 C。 高 Y。 确定腐蚀类型由电化学噪声小波分形维数 电化学科学的国际期刊 2013年 8 7211年 7222年 Montejo l。 苏亚雷斯 l E。 Aplicaciones de la Transformada Ondicula(“小波”)在Ingenieria Estructural Mecanica Computacional 2007年10月 第二十六章 阿根廷科尔多瓦 2742年 2753年 Bitenc M。 麻醉品 d S。 Khoshelham K。 对小规模联合rougness评价小波去噪的方法估计用地面激光扫描 II-3 / W5 诉讼ISPRS年报的摄影测量、遥感和空间信息科学 2015年10月28日Sep-03 年级的丛林,法国 2015年ISPRS地理空间周 2015年10月28日Sep-03 常 s G。 余 B。 Vetterli M。 自适应小波阈值的图像去噪和压缩 IEEE图像处理 2000年 9 9 1532年 1546年 10.1109/83.862633 MR1805007 Donoho d . L。 约翰斯通 j . M。 理想的空间适应由小波收缩 生物统计学 1994年 81年 3 425年 455年 MR1311089 Donoho d . L。 通过对振动去噪 IEEE信息理论 1995年 41 3 10.1109/18.382009 MR1331258 Coifman R R。 Donoho d . L。 平移不变去噪 1995年 纽约,美国 用钉子钉上 吴 B。 蔡 C。 在虚拟仪器Wavlet去噪及其实现 学报》2009年第2国际图像和信号处理,国会对09年 2009年10月 中国天津 IEEE 10.1109 / CISP.2009.5301284 2 - s2.0 - 73849140464