一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，是一種適用于采用脈沖超聲波信號(hào)對(duì)材 料或結(jié)構(gòu)體內(nèi)部缺陷檢測(cè)時(shí)，根據(jù)少量記錄參數(shù)建立缺陷脈沖回波模型，并利用模型估計(jì) 缺陷位置、大小和形狀等量化參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用脈沖超聲回波信號(hào)進(jìn)行材料或結(jié)構(gòu)體內(nèi)部缺陷檢測(cè)時(shí)，缺陷的脈沖回波中包 含有缺陷位置、大小和形狀等信息。不同種類的缺陷導(dǎo)致其回波形狀存在差異。通過(guò)回波 來(lái)估計(jì)缺陷量化參數(shù)是無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估領(lǐng)域廣泛研宄的課題之一。根據(jù)資料（盧振坤.參 數(shù)化的超聲回波模型及其參數(shù)估計(jì)[D].華南理工大學(xué)，2013.)通過(guò)建立回波模型并進(jìn)行 量化參數(shù)估計(jì)的方法很多。目前比較具有代表性的有基于高斯模型、混合指數(shù)模型、雙指數(shù) 模型、不對(duì)稱高斯調(diào)制模型等。由于其參數(shù)設(shè)置靈活，參數(shù)估計(jì)精度高等優(yōu)點(diǎn)，這些模型被 廣泛應(yīng)用于實(shí)際工作中。但是，這些方法也有明顯的不足，它們均需要先將回波信號(hào)采集并 記錄下來(lái)，然后再作離線分析。采集數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性差，模型相對(duì)復(fù)雜。特別是在一些多 傳感器場(chǎng)合和長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)場(chǎng)合，記錄的數(shù)據(jù)量非常大，對(duì)基于這些模型的量化參數(shù)估計(jì)方 法應(yīng)用受到制約。另外，這些方法一般都有各自的特點(diǎn)，沒(méi)有一種可用于任何場(chǎng)合的通用方 法。這也是多種方法并存的原因。
[0003] 利用脈沖超聲波對(duì)物體內(nèi)部缺陷檢測(cè)時(shí)，由傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇 到反射界面時(shí)，產(chǎn)生回波，再由傳感器接收，經(jīng)處理后得到反射回波信號(hào)。由于超聲波照射 到目標(biāo)體后，目標(biāo)體可以看作是聲波發(fā)射二次點(diǎn)源，其位置不同、大小不同、反射界面形狀 不同會(huì)導(dǎo)致回波在波形上存在較大差異。脈沖超聲波可以看作是一類幅值調(diào)制信號(hào)，由超 聲波中心頻率為主體的高頻信號(hào)部分和由目標(biāo)體調(diào)制后的低頻包絡(luò)部分組成。所以，回波 的包絡(luò)中包含了缺陷的豐富信息，可以用來(lái)對(duì)缺陷參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
[0004] 該發(fā)明針對(duì)缺陷脈沖回波信號(hào)的特點(diǎn)，提出了一種簡(jiǎn)便的缺陷量化參數(shù)估計(jì)方 法，即基于四參數(shù)建立的不等腰三角形模型技術(shù)，并利用模型估計(jì)出與缺陷量化參數(shù)信息 相關(guān)的參量。其目的是用最少的采集數(shù)據(jù)，更加實(shí)時(shí)地估計(jì)出缺陷量化參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前基于模型的缺陷脈沖回波信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法采集和 記錄數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，提供一種基于四個(gè)參數(shù)建立的不等腰三角形脈沖超聲回 波模型技術(shù)，來(lái)反映缺陷的位置、大小和形狀等量化參數(shù)信息。該方法具有簡(jiǎn)便，采集記錄 數(shù)據(jù)量少、實(shí)時(shí)性好、計(jì)算量小，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，包括如下具體步驟：
[0007] 步驟1，獲取檢測(cè)脈沖回波信號(hào)f(t)，經(jīng)過(guò)包絡(luò)提取方法得到回波包絡(luò)x(t);
[0008] 步驟2,將包絡(luò)信號(hào)x(t)分兩路輸出，一路用于起始、結(jié)束時(shí)刻檢測(cè)；另一路用于 峰
[0009] 值、峰值到達(dá)時(shí)刻檢測(cè)；
[0010] 步驟3,獲取包絡(luò)起始時(shí)刻％與包絡(luò)結(jié)束時(shí)刻t
[0011] 步驟4,獲取包絡(luò)峰值a和峰值到達(dá)時(shí)刻tp;
[0012] 步驟5,將參數(shù)ts、te、a、tp作為輸入?yún)?shù)，建立檢測(cè)回波信號(hào)模型；
[0013] 步驟6,通過(guò)模型估計(jì)出檢測(cè)回波參數(shù)。
[0014] 其中，步驟1檢測(cè)脈沖回波信號(hào)f(t)為缺陷或目標(biāo)體脈沖超聲檢測(cè)回波信號(hào)，回 波包絡(luò)x(t)為f(t)中低頻輪廓，x(t)多0,且x(t)經(jīng)過(guò)光滑處理，僅有一個(gè)極值點(diǎn)。
[0015] 步驟3中包絡(luò)起始時(shí)刻ts為包絡(luò)X⑴的起始點(diǎn)，ts由閾值控制，即 X(ts)彡b，beR+，b為閾值，可根據(jù)實(shí)際情況確定；此時(shí)，起始點(diǎn)在時(shí)域平面上的理想坐標(biāo) 為（ts，0);包絡(luò)結(jié)束時(shí)刻為包絡(luò)X⑴的終點(diǎn)，16同樣由閾值控制，即X(te)彡b，bGR+; 此時(shí)，包絡(luò)終點(diǎn)在時(shí)域平面上的理想坐標(biāo)為（te，0)。
[0016] 步驟4中包絡(luò)峰值a由峰值檢測(cè)電路得到，此時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為峰值到達(dá)時(shí)刻tp，在 時(shí)域平面上峰值點(diǎn)的坐標(biāo)為（tp，a)。
[0017] 步驟5中根據(jù)三點(diǎn)坐標(biāo)（ts，0)、（te，0)及（tp，a)可以確定一個(gè)三角形模型M，這個(gè) 三角形模型只由四個(gè)參數(shù)確定，即ts，te，tp，a，三角形模型一般為非等腰三角形，其方程為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，包括如下具體步驟： 步驟1，獲取檢測(cè)脈沖回波信號(hào)f (t)，經(jīng)過(guò)包絡(luò)提取方法得到回波包絡(luò)X (t); 步驟2,將包絡(luò)信號(hào)x(t)分兩路輸出，一路用于起始、結(jié)束時(shí)刻檢測(cè)；另一路用于峰值、 峰值到達(dá)時(shí)刻檢測(cè)； 步驟3,獲取包絡(luò)起始時(shí)刻％與包絡(luò)結(jié)束時(shí)刻t 步驟4,獲取包絡(luò)峰值a和峰值到達(dá)時(shí)刻tp; 步驟5,將參數(shù)ts、te、a、tp作為輸入?yún)?shù)，建立檢測(cè)回波信號(hào)模型； 步驟6,通過(guò)模型估計(jì)出檢測(cè)回波參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，其特征是，步驟1所述檢測(cè)脈沖回 波信號(hào)f(t)為缺陷或目標(biāo)體脈沖超聲檢測(cè)回波信號(hào)，回波包絡(luò)x(t)為f(t)中低頻輪廓， x(t)多0,且x(t)經(jīng)過(guò)光滑處理，僅有一個(gè)極值點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，其特征是，步驟3中所述包絡(luò) 起始時(shí)刻ts為包絡(luò)x(t)的起始點(diǎn)，t s由閾值控制，即x(t s)彡b, b e R+，b為閾值，可根據(jù) 實(shí)際情況確定；此時(shí)，起始點(diǎn)在時(shí)域平面上的理想坐標(biāo)為（ts，0);包絡(luò)結(jié)束時(shí)刻t e為包絡(luò) x(t)的終點(diǎn)，&同樣由閾值控制，即x(te)彡b，b e R+;此時(shí)，包絡(luò)終點(diǎn)在時(shí)域平面上的理 想坐標(biāo)為（te，0)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，其特征是，步驟4中所述包絡(luò)峰 值a由峰值檢測(cè)電路得到，此時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為峰值到達(dá)時(shí)刻t p，在時(shí)域平面上峰值點(diǎn)的坐標(biāo) 為（tp，a) 〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，其特征是，步驟5中根據(jù)三點(diǎn) 坐標(biāo)（ts，0)、（t e，0)及（tp，a)可以確定一個(gè)三角形模型M，這個(gè)三角形模型只由四個(gè)參數(shù)確 定，即t s，te，tp，a，三角形模型一般為非等腰三角形，其方程為
其中
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，其特征是，步驟6中可由模型M 估計(jì)得到的參數(shù)= { Θ i, i = 1，2, "·8}，分別為： (1) Θ i= t s，反映脈沖回波的起始時(shí)刻，與缺陷位置相關(guān)； (2) Θ 2= t p，反映脈沖回波的峰值到達(dá)時(shí)刻，與缺陷位置相關(guān)； (3) Θ 3= t e，反映脈沖回波的結(jié)束點(diǎn)，與缺陷位置和形狀相關(guān)； (4) Θ 4= a，反映脈沖回波峰值大小，與缺陷大小相關(guān)； (5) Θ 5= ku，反映脈沖回波上升速率，與缺陷大小及形狀相關(guān)； (6) Θ 6= k d，反映脈沖回波下降速率，與缺陷大小及形狀相關(guān)； (7) Θ 7= t e-ts，反映脈沖回波持續(xù)時(shí)間，與缺陷大小和形狀相關(guān)； (8) 爲(wèi)=^，τ =min{(tp-ts)，（te-tp)}，反映脈沖回波包絡(luò)帶寬，與缺陷大小和形狀 相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，其特征是，步驟1至步驟6中采 用時(shí)鐘周期為計(jì)時(shí)單位，從第一次起點(diǎn)ts處開始計(jì)時(shí)，并在峰值點(diǎn)t p和結(jié)束點(diǎn)t ^通過(guò)中斷 響應(yīng)記錄時(shí)刻。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種缺陷量化參數(shù)估計(jì)方法，主要針對(duì)材料或結(jié)構(gòu)體內(nèi)部缺陷，提出一種利用脈沖超聲回波進(jìn)行缺陷參數(shù)估計(jì)的簡(jiǎn)明方法。該方法主要特點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)量非常少，超聲回波模型簡(jiǎn)單方便，可由三角形模型確定。利用采集到的少量回波信號(hào)數(shù)據(jù)估計(jì)得到與缺陷量化參數(shù)相關(guān)的波達(dá)時(shí)刻、回波最大峰值、回波上升速率和下降速率、回波寬度及帶寬。可用于無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估領(lǐng)域中缺陷檢測(cè)與參數(shù)量化等場(chǎng)合。
【IPC分類】G01N29-04, G01N29-44
【公開號(hào)】CN104764806
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510126732
【發(fā)明人】宋壽鵬, 邵勇華, 胥保文, 鮑丙豪
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日