应用小波变换剔除超声多重反射的研究

　　1　引　言

　　多重反射是超声无损检测和无损评价过程中存在的普遍性问题,是制约提高可靠性的关键因素,特别是目前随着新材料的不断涌现,针对层状材料的超声无损定征和无损评价,诸如胶接接点的粘接情况和联接强度的检测,包括碳纤维复合材料在内的薄层材料厚度和弹性特性的测量、复合材料缺陷的确定以及用声显微镜对表面和表面层特征的观察等方面应用日趋广泛,由于这些应用对象的特点以及检测精度的高要求,多重反射的影响表现得更为突出。消除多重发射、剔除伪象成为了高精度超声无损检测和无损评价中必须优先解决的关键问题。

　　目前,消除多重反射的方法已有众多报道[1,2],其中应用较为成功并具有高性价比的应属脉冲重复频率(PRF)技术。该技术通过改变超声发射脉冲重复激励频率产生多个入射脉冲,并以激发入射脉冲时刻作为反射信号记录的基准,完成相应于各入射脉冲的反射信号的记录。由于在测试条件一致的情况下,各个记录中的有效反射信号相对于基准出现的时刻是一致的,而多重反射出现的时刻将随不同的记录而改变,据此,通过将不同反射信号记录进行逻辑“与操作”,可增强有用反射信号并消除多重反射信号。可见该技术的有效性取决于各记录基准点的高精度选择,不合理的基准点将难以剔除伪象,反而会使伪象增强甚至使真实信号被误剔。

　　在现有超声检测和评价应用的PRF技术中,由于实现的方便性,多采用以激发入射脉冲时刻作为反射信号记录的基准点,在超声波信号产生电路的性能、传输延迟时间、换能器性能以及耦合条件一致的情况下,这种基准点的选择是合理的。但实际应用中,上述因素是可变的,并随着对无损检测和无损评价高精度的要求将不得不考虑这些改变所带来的影响。为此,本文提出以待检对象表面的第一次反射波作为反射信号记录的基准信号,应用小波变换的奇异性检测能力,实现基准点的高精度定位,以解决传统方法对设备和操作条件高度一致性要求的弊端,使方法具有较高的鲁棒性及有效性。

　　2　PRF技术及其小波变换的应用

　　脉冲重复频率技术是雷达信号处理中消除多重反射干扰的一种技术,文献[1]把其引入到超声成像检测领域以解决B超伪象问题,即通过改变超声发射脉冲重复激励频率,并根据一次回波相对发射脉冲位置保持不变,而二次回波、三次回波等与发射脉冲间的相对位置则会改变的特点,通过逻辑“与操作”就可以达到消除多次反射的目的。具体如图1所示,图中TX1、TX2、TX3为激励脉冲,虚线表示多重反射,实线表示一次反射。一次反射在多重反射的前面,表示多重反射波未被探头接收前,新的一次脉冲触发已经开始。图中表明:如果改变脉冲重复频率,把第二次与第三次激发脉冲之间接收到的回波同第三次激发脉冲后接收到的回波进行逻辑“与操作”可以达到消除多重反射的目的。在进行逻辑“与操作”时,起始点的选择对处理结果有很大的影响,通常情况下选择激发超声波那一刻作为“与操作”的基准点,该方法比较直观并容易处理,但是存在以下非确定因素的影响:(1)激发点到超声换能器的线路传输延迟;(2)耦合状态对超声波的传播延迟。