陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲波探傷技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種陣列式同發(fā)、同收超聲波探 頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在自動(dòng)化超聲波探傷中，通常采用多組探頭交錯(cuò)并排方式來消除檢測(cè)盲區(qū)，防止 漏檢，該方式所需的探頭數(shù)量較多，檢測(cè)成本高。為了減少探頭的數(shù)量，降低檢測(cè)成本，可采 用陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多組探頭交錯(cuò)并排的方式，在消除探頭之間 檢測(cè)盲區(qū)的同時(shí)，可以減少探頭的數(shù)量，提高檢測(cè)效率。但是，陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭 通過相鄰晶片所產(chǎn)生的聲場(chǎng)重合部分來消除檢測(cè)盲區(qū)，該聲場(chǎng)重合部分的信號(hào)屬于聲場(chǎng)的 旁瓣信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度微弱，這就導(dǎo)致該區(qū)域檢測(cè)的靈敏度不高，信噪比較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法， 解決了陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)問題。提高了陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭 聲場(chǎng)重合部分的檢測(cè)靈敏度和信噪比。
[0004] 該方法包括兩部分內(nèi)容，首先，對(duì)陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的超聲檢測(cè)信號(hào)做 小波閾值處理;其次，把經(jīng)過小波閾值處理后的相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)做疊加處理。
[0005] 所述的小波閾值處理包括硬閾值法或軟閾值法。所述的缺陷回波信號(hào)疊加處理就 是指對(duì)缺陷回波信號(hào)做簡單的線性疊加。
[0006] 本發(fā)明所提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭中，同組晶片的規(guī)格大小一致，同組 晶片同時(shí)激勵(lì)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，各晶片所產(chǎn)生的超聲波聲場(chǎng)特性一致，且同時(shí)接收超聲回 波信號(hào)。在接收到的超聲回波信號(hào)中，如果相鄰兩個(gè)通道同時(shí)接收到聲場(chǎng)重合部分的缺陷 回波信號(hào)，且缺陷回波信號(hào)的幅值不大于主聲場(chǎng)中一次底波幅值的30%，首先，利用小波變 換處理微弱信號(hào)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)各通道的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波閾值處理。再把經(jīng)過小波閾值處理 后的相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)相疊加，從而增大聲場(chǎng)重合部分的缺陷信號(hào)幅值，提高 檢測(cè)靈敏度。
[0007] 超聲檢測(cè)信號(hào)經(jīng)小波變換后，有用信號(hào)產(chǎn)生的小波系數(shù)幅值大，數(shù)目少，而噪聲產(chǎn) 生的小波系數(shù)幅值小，數(shù)目多?；谛〔ㄗ儞Q的上述特點(diǎn)，通過在不同尺度上選取適當(dāng)?shù)拈?值，將小波系數(shù)進(jìn)行閾值化處理，剔除小于閾值的小波系數(shù)，保留大于閾值的小波系數(shù)，從 而使得原始超聲檢測(cè)信號(hào)中的噪聲得到抑制，最后進(jìn)行小波逆變換，得到原始超聲檢測(cè)信 號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。小波閾值算法的具體步驟為：
[0008] (1)選取合適的小波函數(shù)對(duì)原始超聲檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波變換，得到各尺度上的小 波系數(shù)。對(duì)于長度為N的原始超聲檢測(cè)信號(hào)f(t)，設(shè)N = 2\利用小波變換的快速算法獲得低 分辨率L(0 < L〈J)下的尺度系數(shù){ vl, k，k = 1，2，…，}及各分辨率下的小波系數(shù){Wj, k，j = L， 1^+1，~，1-1沽=1，2，一，24，其中尺度系數(shù)和小波系數(shù)共~個(gè)。在處理邊界時(shí)，可以采用周 期延拓的方法。
[0009] (2)對(duì)各尺度小波系數(shù)進(jìn)行非線性閾值化處理。為保持信號(hào)的整體形狀不變，保留 所有低分辨率下的尺度系數(shù)VL,k。取Donoho提出的通用閾值2 = ,σ為高斯白噪聲的 標(biāo)準(zhǔn)方差，Ν為帶噪信號(hào)的長度。對(duì)每個(gè)小波系數(shù)Wj,k，可采用軟閾值或硬閾值的方法來進(jìn)行 處理。
[0010] ①軟閾值：
[0011]
[0012] 將帶噪信號(hào)的小波系數(shù)Wj,k與所選定的閾值λ進(jìn)行比較，大于等于閾值的點(diǎn)取該點(diǎn) 與閾值的差;小于等于閾值相反數(shù)的點(diǎn)取該點(diǎn)與閾值的和;幅值小于閾值的點(diǎn)取為零。
[0013] ②硬閾值：
[0014]
[0015]把帶噪信號(hào)小波系數(shù)的絕對(duì)值Wj, k與所選定的閾值λ進(jìn)行比較，小于閾值的點(diǎn)取為 零;大于等于閾值的點(diǎn)保持不變。
[0016] (3)進(jìn)行小波逆變換。由所有低分辨率下的尺度系數(shù)vL,k以及經(jīng)過閾值化處理后的 小波系數(shù)來進(jìn)行原始信號(hào)的重構(gòu)，得到去噪后的信號(hào)。
[0017] 信號(hào)疊加處理即把經(jīng)過小波閾值處理后的相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)做線性 相疊加。
[0018] 所述的小波閾值處理算法和所述的缺陷信號(hào)相疊加算法，可以通過通過DSP、FPGA 實(shí)現(xiàn)，也可通過軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭聲場(chǎng)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明提供的利用陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)的示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明提供的對(duì)超聲檢測(cè)信號(hào)做小波閾值處理示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明提供的對(duì)經(jīng)過小波閾值處理后的相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)做線 性相疊加處理；
[0023]圖5是本發(fā)明提供的工作原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了從事探傷領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好的理解本發(fā)明所提供的陣列式同發(fā)、同收 超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法，下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行更加完整、清楚的闡述?；?本實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他實(shí)施例，都屬于 本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025] 圖1示出本發(fā)明所提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭1所產(chǎn)生的聲場(chǎng)，聲場(chǎng)中包 括主聲場(chǎng)2和相鄰兩個(gè)晶片重合部分的聲場(chǎng)3。同組超聲波探頭1的晶片規(guī)格大小一致，同組 晶片同時(shí)激勵(lì)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，各晶片所產(chǎn)生的主聲場(chǎng)2和相鄰兩個(gè)晶片重合部分的聲場(chǎng)3 特性一致，且同時(shí)接收超聲回波信號(hào)。
[0026] 圖2示出本發(fā)明利用所提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭1來對(duì)被檢工件4進(jìn)行 超聲波探傷。入射聲波由入射面5進(jìn)入被檢工件4,經(jīng)過底面6或者缺陷7的反射又被陣列式 同發(fā)、同收超聲波探頭1所接收。
[0027] 在接收到的超聲回波信號(hào)中，如果相鄰兩個(gè)通道同時(shí)接收到聲場(chǎng)重合部分3的缺 陷7的檢測(cè)回波信號(hào)，且缺陷7的檢測(cè)回波信號(hào)的幅值不大于主聲場(chǎng)2中一次底波幅值的 30%，首先，利用小波變換處理微弱信號(hào)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)各通道的超聲波檢測(cè)信號(hào)8進(jìn)行小波閾 值處理，得到閾值處理后的超聲波檢測(cè)信號(hào)9,參考圖3所示。再把經(jīng)過小波閾值處理后的超 聲波檢測(cè)信號(hào)9中相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)相疊加，得到缺陷回波信號(hào)疊加后的檢測(cè) 信號(hào)10,參考圖4所示出。
[0028] 圖5所示出本發(fā)明所提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法的 具體實(shí)現(xiàn)原理框圖，包括陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭和超聲檢測(cè)儀器，其中超聲檢測(cè)儀器 包括發(fā)射電路，接收電路和控制單元，其中接收電路主要包括前放電路、A/D轉(zhuǎn)換器和DSP單 元等。發(fā)射電路產(chǎn)生高壓同步脈沖信號(hào)，激勵(lì)并聯(lián)式超聲探頭同時(shí)發(fā)射超聲波信號(hào);前放電 路對(duì)接收到的微弱的超聲回波信號(hào)進(jìn)行初步放大，以方便后續(xù)的處理;A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);DSP數(shù)字信號(hào)處理單元用來實(shí)現(xiàn)小波閾值處理算法、缺陷回波信號(hào)疊 加算法及壓縮、檢波等處理;控制單元控制整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序邏輯，使得儀器各單元能夠協(xié)同 工作。
[0029] 本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，通過小波閾值處理法和缺陷回波信號(hào)疊加法來增強(qiáng)陣 列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)。小波閾值處理法可以完整的保留有用信號(hào)，抑制噪 聲，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比。缺陷回波信號(hào)疊加就是利用超聲波的疊加和干涉定律，對(duì)兩個(gè) 信號(hào)進(jìn)行線性疊加處理，從而增大聲場(chǎng)重合部分的缺陷信號(hào)幅值，提高檢測(cè)靈敏度。
[0030] 本發(fā)明提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法，可以提高陣列 式同發(fā)、同收超聲波探頭的信噪比，提高聲場(chǎng)重合區(qū)域的檢測(cè)靈敏度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法，其特征在于，首先，對(duì)陣列 式同發(fā)、同收超聲波探頭的超聲檢測(cè)信號(hào)做小波閾值處理;其次，把經(jīng)過小波閾值處理后的 相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)做疊加處理； 所述的小波閾值處理包括硬閾值法或軟閾值法，所述的缺陷回波信號(hào)疊加處理就是指 對(duì)缺陷回波信號(hào)做簡單的線性疊加； 所提供的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭中，同組晶片的規(guī)格大小一致，同組晶片同時(shí)激 勵(lì)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，各晶片所產(chǎn)生的超聲波聲場(chǎng)特性一致，且同時(shí)接收超聲回波信號(hào);在接 收到的超聲回波信號(hào)中，當(dāng)相鄰兩個(gè)通道同時(shí)接收到聲場(chǎng)重合部分的缺陷回波信號(hào)，且缺 陷回波信號(hào)的幅值不大于主聲場(chǎng)中一次底波幅值的30%，首先，利用小波變換處理微弱信 號(hào)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)各通道的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波閾值處理;再把經(jīng)過小波閾值處理后的相鄰兩個(gè) 通道的缺陷回波信號(hào)相疊加，從而增大聲場(chǎng)重合部分的缺陷信號(hào)幅值，提高檢測(cè)靈敏度； 超聲檢測(cè)信號(hào)經(jīng)小波變換后，有用信號(hào)產(chǎn)生的小波系數(shù)幅值大，數(shù)目少，而噪聲產(chǎn)生的 小波系數(shù)幅值小，數(shù)目多；通過在不同尺度上選取適當(dāng)?shù)拈撝担瑢⑿〔ㄏ禂?shù)進(jìn)行閾值化處 理，剔除小于閾值的小波系數(shù)，保留大于閾值的小波系數(shù)，從而使得原始超聲檢測(cè)信號(hào)中的 噪聲得到抑制，最后進(jìn)行小波逆變換，得到原始超聲檢測(cè)信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法，其特征在 于，小波閾值算法的具體步驟為： (1) 選取波函數(shù)對(duì)原始超聲檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波變換，得到各尺度上的小波系數(shù);對(duì)于長 度為N的原始超聲檢測(cè)信號(hào)f(t)，設(shè)N=2h利用小波變換的快速算法獲得低分辨率L(0 < L〈 J)下的尺度系數(shù){1,1^=1，2，~，24及各分辨率下的小波系數(shù){^,!^ = 1^+1，~，1-1沽 =1，2,…，2巧，其中尺度系數(shù)和小波系數(shù)共N個(gè);在處理邊界時(shí)，可以采用周期延拓的方法； (2) 對(duì)各尺度小波系數(shù)進(jìn)行非線性閾值化處理，為保持信號(hào)的整體形狀不變，保留所有 低分辨率下的尺度系數(shù)vuk。取Donoho提出的通用閾值，〇為高斯白噪聲的標(biāo)準(zhǔn) 方差，Ν為帶噪信號(hào)的長度;對(duì)每個(gè)小波系數(shù)Wj,k，采用軟閾值或硬閾值的方法來進(jìn)行處理； 軟閾值：將帶噪信號(hào)的小波系數(shù)《^與所選定的閾值λ進(jìn)行比較，大于等于閾值的點(diǎn)取該點(diǎn)與閾 值的差;小于等于閾值相反數(shù)的點(diǎn)取該點(diǎn)與閾值的和;幅值小于閾值的點(diǎn)取為零； 硬閾值：把帶噪信號(hào)小波系數(shù)的絕對(duì)值％,k與所選定的閾值λ進(jìn)行比較，小于閾值的點(diǎn)取為零； 大于等于閾值的點(diǎn)保持不變； (3) 進(jìn)行小波逆變換，由所有低分辨率下的尺度系數(shù)VL,kW及經(jīng)過閾值化處理后的小波 系數(shù)t來進(jìn)行原始信號(hào)的重構(gòu)，得到去噪后的信號(hào)。
【專利摘要】一種陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)方法，屬于超聲波探傷技術(shù)領(lǐng)域。首先，對(duì)陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭的超聲檢測(cè)信號(hào)做小波閾值處理；其次，把經(jīng)過小波閾值處理后的相鄰兩個(gè)通道的缺陷回波信號(hào)做線性疊加處理。小波閾值處理法可以完整的保留有用信號(hào)，抑制噪聲，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比。缺陷回波信號(hào)疊加就是利用超聲波的疊加和干涉定律，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行線性疊加處理，從而增大聲場(chǎng)重合部分的缺陷信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)在于，提高了陣列式同發(fā)、同收超聲波探頭聲場(chǎng)重合部分的檢測(cè)靈敏度和信噪比。
【IPC分類】G01N29/04, G01N29/44, G01N29/34, G01N29/24
【公開號(hào)】CN105675731
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610032607
【發(fā)明人】楊博, 童凱, 張建衛(wèi), 劉濤, 徐磊, 劉光磊
【申請(qǐng)人】鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日