多界面结构粘接质量检测中干扰信号的消除方法

　　在超声检测中与探头标称频率相近的干扰信号很难完全消除,严重影响检测效果。介绍一种用板波诱发波原理[1]对固体火箭发动机壳体、衬层、包覆层和推进剂形成的三个界面粘接质量和层厚进行超声检测时消除这种干扰信号的特殊中值滤波方法。

　　1 板波诱发波多界面超声检测原理

　　板波是在板(壳体)中传播的超声波,是由振动方向与板面垂直的横波和振动方向与板面平行的纵波组成。板中的质点基于这两种振动的合成,在平衡位置附近作椭圆形运动,波的传播方向与板面平行[2]。若板的一侧粘有多层声阻抗不同的其它材料,板波在向前传播时,其中的横波会将部分声波以纵波的形式透射到第一层介质中去,该纵波遇到新的不连续界面,按反射和折射规律进行反射和折射,因该纵波是由板波诱发产生的,所以称为板波诱发波。部分板波诱发波经介质不连续界面的反射和折射又回到板(壳体)中,可以证明它形成了与原板波同模式的新板波。若不考虑衰减的影响,多层材料有几层,就会形成几个同模式的新板波。若哪一层与它的下一层脱粘,板波诱发波就会发生全反射,与之对应的那一个板波以及与它上面各层对应的板波就不能形成,同时由于原板波、新形成的各板波传播的路径长度不同,到达接收探头的时间不同,这使各个板波在时域上可以分开,存在的时间差又携带了多层材料各层的厚度信息,这就是板波诱发波检测多界面粘接质量和层厚的基本原理。图1是利用该原理检测固体发动机壳体、衬层、包覆层与推进剂所形成的多个界面粘接质量和层厚的原理图。

　　2 消除伪回波信号的特殊中值滤波方法

　　基于上述检测原理,研究开发了一套固体火箭发动机包覆质量数字层析检测系统,在该系统中超声探头对火箭发动机壳体进行螺旋扫描采集超声回波信号。对这些信号进行消除噪声处理后提取其特征值,然后按贝叶斯模式识别法进行识别,最终可获得反映各界面脱粘状态的二值图像。对采样信号进行频谱分析表明信号中存在高频和低频噪声,通过带通滤波能够加以消除。图2给出了原始信号波形和三个典型的带通滤波后的采样回波信号波形,波形1(图2b)有第二个波峰,反映了内壁与衬层是粘接的状态,而波形3(图2d)没有第二个波峰,反映了内壁与衬层是脱粘的状态。波形2也有第二个波峰,却是在未粘接任何材料的光筒区检测到的,是由干扰信号造成的伪回波信号。

　　上述伪回波信号的频率和超声探头的标称频率相近,利用一般的滤波方法如带通滤波和中值滤波等都无法消除,这种干扰信号反映在二值图像上往往表现为孤立点,但不能通过消除图像孤立点的方法加以解决,因为在实际检测中,完全可能出现与检测所能分辨的最小脱粘面积相当的孤立脱粘面积,如果采用消除图像孤立点的方法,把检测到的孤立脱粘面也消除了,这无疑降低了检测分辨力。当然也可采用多通道相关方法[3],即用两个以上探头同时扫描同一个地方,由于干扰信号具有很大的偶然性,同时被两个以上探头检测到的概率很小,但这种方法因为是在同一时间扫描同一地方,因此要增加探头的个数和相应的设备,同时这种方法只能减少但不能消除误判现象,而且要采用这种方法需对原检测系统进行很大改造,费时费力,并不可取。