小波分析在裂纹型缺陷超声无损定量检测中的应用

　　1　引言

　　超声无损检测技术(UT)具有被测对象范围广,检测深度大;缺陷定位准确,检测灵敏度高;成本低,使用方便;速度快,对人体无害以及便于现场使 用等特点[1]。超声回波信号本身携带着大量与缺陷有关的信息,而这些信息往往以某种方式隐藏在所获取的信号中,因为在获得的信号中总是伴有大量的随即噪 声,信噪比较差。传统的信号分析是建立在Fourier变换的基础之上的,由于Fourier分析使用的是一种全局变换,要么完全在时域,要么完全在频 域,因此无法表述信号的时频局域性质,而这种性质恰恰是非平稳信号最根本和最关键的性质[2]。这使得整个的评判过程具有很大的主观色彩。而小波分析是一 种对信号的多尺度分析方法,在时域和频域都具有良好的分析能力。本文采用小波分析的方法对超声检测中的裂纹缺陷信号进行多尺度分解,然后对小波系数进行阈 值化处理,得到压缩后的超声回波波形,有效地摒弃了噪声,从压缩后的波形提取到缺陷深度的特征量,从而实现对裂纹深度的定量检测。

　　2　缺陷深度表征量的确定

　　超声波在物体中传播时,总是携带着表征其物理性能的各种信息,利用超声波的传播特性,就可以提取这些信息,并对检测对象进行分析和评价。通过超 声检测仪的发射电路发射一定频率和功率的高频电信号,激励超声换能器转换成超声波,发射到被检物体中,再由它的接收器检出被测物体中的声场特性,如声速、 声衰减、声压分布或频谱分布等声学参数,就可以检验和评价被检测试样的性能和质量[3]。

　　超声波在传播过程中对应的声速、声程和时间的关系为[4]:

　　式中　r———声程

　　c———声速

　　t———传播时间

　　当超声波倾斜入射到检测对象的界面时,除产生同类型的反射和折射外,还会产生不同类型的反射和折射,这种现象称为波形转换。在较常用的斜探头中,探头压电晶片通过设置入射角β将振动形成的纵波转化成横波,所以声速c应取超声波在介质中的横波波速cs。

　　从本质上讲,用超声波反射测量缺陷深度的原理比较简单,将上面式子中声波传播声程予以转化就可以获得缺陷深度,得到以下公式[4]:

　　式中　di———某缺陷的深度

　　cs———超声波在介质中的横波波速

　　k———超声波入射角参数(k=tanβ)

　　在超声波信号被高速采集后,采样点数与时间的对应关系为:

　　式中　xi———某缺陷i在波形中对应的采样点数