超声导波无损检测中的信号处理研究进展.pdf

第33卷第4期 北京工业大学学报 V01．33No．4 2007年4月 JoURNAI．()FBEIJINGUNIVERSITY()FTECHNoI．oGY Apr．2007 超声导波无损检测中的信号处理研究进展 吴 斌，邓 菲，何存富 (北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 10()()22) 摘要：针对信号处理在超声导波检测正问题与逆问题中的不同作用，对若干常用信号处理方法。包括时频分 析、小波变换、相关分析法等进行了综述；对希尔伯特一黄变换等方法进行了介绍，表明信号处理在提高信号的可 读性、提高缺陷的榆测与识别能力、表征被枪对象的性能属性等方面具有重要作用． 关键词：信号处理；超声；导波；无损检测 553 中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：0254—0037(2007)04一0342—07 超声无损检测足指在不损害材料或试件的情况下，采用超声波技术对被检对象内部与表面进行探测． 传统的超声检测方式在检测管道、平板及其他大型构件时，都会存在耗时且设备复杂等问题．超声导波具 有沿传播路径衰减小，传播距离远，引起的质点振动能遍及构件内部和表面的特点，因此，在管道、平板等 大型构件的检测上能表现出更大的优势．目前，超声导波无损检测的研究主要集中在导波传播机理、检测 方法的选取和检测后信号的分析等方面．随着信息技术的发展，在超声导波检测领域，关于如何更好地对 超声信号进行分析与解释，如何从接收信号中提取有用信息的研究正受到广泛的关注． 在超声导波检测的研究中，通常可以将问题分为：正问题和逆问题[1]．正问题是指选用适当的检测方 法对被检对象进行理论和实验研究，因此，常常需要改善获取的实验信号，提高信噪比，增强可读性．逆问 题则是指由检测信号反推得到被测对象的实际状况，获得定量化的检测结果，例如：结构体中几何参数、物 理参数的确定以及缺陷的识别与定位、多层复合材料的无损评价等． 1正问题中的信号分析 在正问题的研究中，导波的多模态和频散特征是必须考虑的．在理想的导波检测中，如果能激励单一 模态、非频散的导波信号，在接收到的回波信号中出现的其他模态就可被认为是由缺陷引起的．而实际检 测中，尽管依据导波频散曲线选择激励频率可以避免严重的频散现象，但一般而言，对于任何给定的频率 至少会包含2种模态，并且随着频厚积的增大，模态还会更多，因此，有必要通过信号分析的方法区分接收 信号中的2个甚至更多个模态．导波的频散是指导波中相速度随频率的不同而改变的现象会导致检测信 号波包在结构中传播时发生展宽现象．当通过一定带宽的脉冲来激励特定模态的超声导波时，其中包含 的不同频率成分的超声波将以不同的速度传播，使得信号的包络随传播距离的变化而变化，并且峰值也将 J． 减小。导致信号的提取与识别变得困难【2 此外，实验获取的超声检测信号可能受到多方面的下扰，如被检对象本身结构中界面或边界形成的反 射、实验环境引入的噪声等．这些1二扰会影响甚至淹没检测中的有用信号，使俭测效果不理想，因此，信号 分析是一种增强目标信号、去除噪声影响的辅助方法．从国内外大量的文献可知，谱分析技术、时频分析 法、小波变换、自适应滤波器和人工神经网络自适应滤波器等都具有去除噪声、检m特征的功能，因此可以 应用于导波检测信号的处理．目前这些研究均取得了不少进展，其中，时频分析法和小波变换的应用尤其 受到大家的关注． 收稿H期：2006—01—09． 会资助项目(Kz2()()51()I)()5I)(J4．KM2()()310()()5()12)． 作者简介：吴 斌(1962一)，男，山西人同人，教授，博上生导师． 万方数据 第4期 吴斌等：超声导波无损检测中的信号处理研究进展 343 1．1时频分析法 对超声回波信号进行简单的时域处理能获得缺陷位置、材料厚度、衰减等物理参量，用频域中相位谱 方法和幅度谱方法也能测得相速度、共振频率、振动模式等信息，但单一的时域方法或频域方法只在单一 模态或多模态传播，信号中不同模态的波包相互分开，并且只有在非频散的情况下检测结果才比较可靠． 导波检测