基于USB接口的超声TOFD检测系统研制及其应用

为了定量检测厚壁焊接结构中的缺陷,对基于USB接口的便携式超声衍射时差法(TOFD,timc of flight diffraction)的缺陷检测及定位系统进行了研究.为了便于缺陷的定量及定性识别,引入了信号互相关算法,实现了检测图像的校正.利用该检测系统进行了锅炉压力容器焊缝的检测.结果表明,该系统所获得的D扫描图...     

基于自适应滤波的超声杂波抑制方法

在超声衍射时差(time of flight diffraction,TOFD)法检测获取的回波中,作为固定存在的侧向直通波信号会导致近表面缺陷信号不易于识别. 针对这一问题,提出一种基于自适应滤波技术的杂波信号抑制方法. 该方法通过迭代滤波器自身参数,调节参考信号以满足待处理回波中杂波的时基抖动变化要求,并予以去除,从而分离出与其混叠的近表面缺陷信号. 阐明了基于自适应滤波技术的杂波信号抑制原理,并利用所提方法对计算机仿真信号及人工缺陷检测回波进行了杂波抑制处理. 结果表明,所提方法可有效滤除超声TOFD法检测回波中具有时基抖动特性的杂波信号,并提取近表面缺陷信号.     

基于合成孔径聚焦的不锈钢焊缝超声TOFD检测技术

奥氏体不锈钢焊缝受粗大柱状晶组织的影响,其焊缝的超声TOFD检测信号信噪比低、扫描图像模糊,缺陷检测容易误判或漏检。为提高检测信号信噪比及扫描图像分辨力,引入合成孔径聚焦算法对超声TOFD-D扫描采集的A信号进行处理,并分析了变迹窗对处理后检测信号信噪比的影响。研究表明,通过优化选择变迹窗可提高检测信号的信噪比和缺陷的D扫描图像分辨力,有效地增强了超声TOFD检测技术对奥氏体不锈钢焊缝的检测能力。     

线聚焦超声波法焊接缺陷识别

针对常规超声TOFD(time of flight diffraction,衍射时差)法存在超声衍射声场能量低、检测回波信号弱的问题,提出一种线聚焦超声TOFD焊接缺陷识别方法. 基于几何声学理论,根据所需主轴声线折射角度及聚焦深度,设计线聚焦超声TOFD法所用的声楔块. 通过铝合金板人工缺陷试件的检测,研究线聚焦法的检测灵敏度;通过铝合金板搅拌摩擦焊试件的检测,验证线聚焦法的有效性. 结果表明,和常规方法相比较,相同测试条件下线聚焦超声TOFD法的检测灵敏度更高,采集的图像具有更好的对比度,同时能较好地保持图像边缘. 所提新方法在改善缺陷分辨力、提高缺陷检出率及降低漏检等方面具有很好的使用价值.     

表面开口缺陷高度的测量方法对比

表面开口类缺陷的检测和高度的测量对核电设备寿命的评估意义重大。分别利用常规超声端点衍射法与TOFD(衍射时差法)方法对表面开口缺陷的高度进行了测量并对结果进行了比较,得出结论:检测高度小于4 mm的开口缺陷时,常规超声端点衍射法分辨力下降严重;TOFD方法利用A扫信号可以区分1mm高度的开口缺陷;随着表面开口缺陷高度的增加,两种方法测量结果基本一致。     

面状缺陷超声TOFD法信号和图像的特征与识别

针对铝合金厚板焊缝中易于出现的几种典型的面状缺陷,研究了其超声衍射时间差法（TOFD—time of flight diffraction）的检测特征,对获得的A扫描信号和B、D扫描图像的特征进行了分析和解释,并对B、D扫描图像进行了线性化处理。结果表明,结合A扫描信号和B、D扫描图像的特征,能够有效地对面状缺陷进行识别、定位和定量。线性化处理技术有效地提高了图像的时间分辨力,使面状缺陷的信号和图像的特征更明显,进而使定位定量更为精确。     

谱熵分析方法在TOFD信号特征提取中的应用

超声TOFD检测技术在厚大焊缝的检测方面具有较强优势,但其检测结果的定性识别目前还依赖人员完成,而自动识别技术能够降低人为因素对检测结果分析的干扰。但若欲实现检测结果的自动识别,特征量提取是关键。通过控制焊接规范,制备了含有气孔、夹渣、裂纹、未焊透和未熔合缺陷的试件,分析了各类缺陷的TOFD信号频域二维信息熵特征,即谱熵和谱的重心频率。结果表明,该二维信息熵可将五类缺陷信号分开,为缺陷的自动识别提供有效的特征量。     

超声换能器特性回望

回望并介绍了超声换能器影响检测灵敏度和分辨力的若干重要物理特性，有助于换能器的更新换代和缺陷定量定性技术的完善与提高，也有助于TOFD、相控阵、SH横波和导波等UT新技术的推广应用。     

焊缝超声TOFD检测信号及图像降噪技术研究

超声TOFD检测信号中混入的无关噪声常导致从检测图像中难以分辨缺陷特征。本研究通过小波包分解技术分析缺陷衍射波特征信号的时、频域分布特征,采用小波包统一阈值对超声TOFD检测信号进行降噪处理,对比软、硬阈值函数对检测信号的降噪结果。研究结果表明:采用软、硬阈值对长度10 mm、深度5 mm的裂纹缺陷信号降噪,其信噪比由原始的22.88 dB分别提高至186.66、176.65 dB,对长度28 mm、深度8 mm的夹杂缺陷信号降噪,其信噪比由原始的16.62 dB分别提高至33.74、28.16 dB;基于小波包软、硬阈值去噪后信号进行图像重构可有效抑制干扰条纹并提高缺陷特征图像的分辨力,而采用软阈值法几乎完全去除了原始超声TOFD检测图像中的噪声条纹。     

基于小波包的奥氏体焊缝缺陷超声信号识别

在使用超声反射波法对奥氏体不锈钢焊缝进行缺陷检测时,由于粗大晶粒组织的声散射作用,致使缺陷信号不易于识别. 针对这一问题,提出一种基于小波包技术的改进噪声抑制方法. 阐明了改进方法的技术原理,采集了奥氏体不锈钢焊缝中含人工缺陷信号的超声回波数据. 利用所提方法对超声回波进行了噪声抑制处理,并对人工缺陷进行了定量化测量. 结果表明,和传统小波包法相比较,所提方法能更为有效地滤除超声反射回波中的噪声成分,可识别直径1.5 mm的平底孔.     

Time reversal study of ultrasonic waves for anisotropic solids using a Gaussian beam model

Time reversal (TR) of ultrasonic bulk waves in fluids and isotropic solids has been used in many applications including ultrasonic NDE. However, the study of the TR method for anisotropic materials is not well established. In this paper, the full reconstruction of the input signal is investigated for anisotropic media using an analytical formulation, called a modular Gaussian beam (MGB) model. The time reversal operation of this model in the frequency domain is performed by taking the complex conjugate of the Gaussian amplitude and phase received at the TR mirror position. A narrowband reference signal having a particular frequency and number of cycles is then multiplied and the whole signal is inverse Fourier transformed to obtain the time domain signal. The original input signal is seen to be fully restored by the TR process of MGB model and this model can be more generalized to simulate the spatial and temporal focusing effects due to TR process in anisotropic materials.     

面状缺陷超声检测图像的正演合成

为了辅助焊接缺陷超声检测的逆问题分析，通过建立仿真模型，对面状缺陷的超声检测信号进行仿真预测并对检测图像进行正演合成. 首先采用多高斯声束理论对声波在楔块、界面及被检测试件中的传播过程进行描述；其次采用Kirchhoff近似理论描述声场和面状缺陷的作用结果，制作了底面开口槽作为面状人工缺陷，并进行超声检测. 同时对人工缺陷超声检测的一维信号进行仿真预测，并正演合成二维图像. 将实际检测结果和模拟仿真结果进行比较，验证仿真模型对检测结果预测的有效性. 结果表明，正演合成图像和实际检测图像具有很好的一致性，所建立的仿真模型可辅助焊接缺陷超声检测逆问题分析.     

匹配追踪方法在超声检测信号去噪中的应用

超声检测中回波信号的噪声抑制对于正确分析材料的内部属性至关重要。匹配追踪方法把信号表示成与其结构匹配波形（原子）的线性展开。它能够自适应提取和原子相关的信号结构。从而实现了噪声抑制。超声信号处理中，根据回波特点，采用与其结构相似的Gabor原子。能够有效匹配超声信号中的回波信息。分别对不同信噪比下的仿真信号和试验信号用Gabor原子库进行匹配追踪方法去噪处理。并和小波去噪效果进行了比较。试验结果表明。利用该方法进行超声信号去噪处理能取得比小波去噪更好的效果。     

超声图像的小波去噪及多尺度边缘提取

提出与超声成像图像适应的小波统计域去噪和多尺度边缘提取结合的缺陷识别方法。在目前存在的多种分析模型基础上，根据统一的尺度一空间分析广泛图像小波分解系数的模型框架，结合概率模型，利用软门限和经典维纳估计方法压制噪声。通过不同信号在多尺度分析中的不同动态特性，提取表示缺陷特征的图像信号。     

Application of signal processing techniques to ultrasonic testing of plates by S0 Lamb wave mode

In recent years, much attention has been paid to the use of Lamb waves for structural health monitoring. This choice is prompted by the high speed of Lamb wave inspection, although their dispersive nature can complicate the interpretation of results, especially when dealing with closely-spaced reflectors. In this paper, the objective is to improve the time resolution and signal-to-noise ratio of signals obtained from inspection of plates by the S₀ Lamb mode. The signal processing scheme used is based on deconvolution of the measured signal by Wiener filtering, followed by autoregressive spectral extrapolation. The deconvolution technique is applied to signals obtained from finite element models and also to experimentally measured signals; both sets of data are based on plates with various types of notch discontinuities. Using this technique, the separation distance between adjacent notches was estimated with high accuracy in both simulated and experimental ultrasonic signals.     

火箭发动机包覆层测厚时间延迟估计算法研究

用超声测量火箭发动机包覆层厚度时,当包覆层较薄时检测回波信号会出现时域混叠。为此提出一种时间延迟估计的新方法。该方法能对修正的检测信号能量谱的对数微商求逆傅里叶变换。实验结果表明,该方法能准确估计出时域混叠信号的延迟时间。提高了火箭发动机包覆层厚度测量精度。     

超声激励方式对检测信号的影响

为了分析不同激励方式对超声检测信号的影响,采用尖脉冲和方波脉冲两种激励源激励超声换能器,在充电电压及脉冲重复频率相同的条件下,分别对碳纤维复合材料、铝合金材料进行超声检测,对比分析回波信号特征。结果表明,相同电压和脉冲重复频率下,方波激励得到的超声检测信号幅值是尖脉冲激励的两倍,方波激励下的回波信号噪声干扰比尖脉冲大,在实际生产使用过程中,方波激励更适合于碳纤维复合材料的超声检测。     

Enhancement of ultrasonic images for sizing of defects by time-of-flight diffraction

A signal processing technique is presented for significantly sharpening the resolution of ultrasonic images, similar to those acquired in the nondestructive evaluation of girth welds in oil/gas pipelines. This enhancement allows a much improved estimate of the exact size of any detected anomaly in the weld, such that fracture mechanics can be used to gauge the probability of weld failure. The algorithm is based on the synthetic aperture focusing technique (SAFT), combined with a variation of Wiener filtering and autoregressive spectral extrapolation. An analytical model of the transducer is used to construct an appropriate reference spectrum for the deconvolution operation, and accounts for the dependence of a beam's frequency spectrum on the position of a flaw relative to the transmitter. Experimental results are used to provide an estimate of the improvement in flaw sizing accuracy.     

一种基于超声TOFD法的近表面缺陷检测模式

针对常规超声TOFD法存在近表面检测盲区的问题,提出一种纵波三次反射的TOFDW检测模式.分析了TOFDW模式的声传播特性,并阐明了该模式的检测原理.通过人工缺陷检测,研究了该模式检测信号和图像特征及检测灵敏度和精度.对实际焊缝进行了检测,并通过破坏性试验对无损检测结果进行了验证.结果表明,TOFDW模式能够识别常规模...     

基于数字信号处理器的超声无损检测

介绍数字信号处理器（DSP）的结构、特点及其在超声无损检测中的应用。从DSP在超声无损检测中的两个应用实例可以看出,DSP对于提高信噪比和分辨力,实现检测的实时处理等是非常有效的。