陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于超聲波探傷技術領域，特別是提供了一種陣列式同發、同收超聲波探 頭的檢測信號增強方法。
【背景技術】
[0002] 在自動化超聲波探傷中，通常采用多組探頭交錯并排方式來消除檢測盲區，防止 漏檢，該方式所需的探頭數量較多，檢測成本高。為了減少探頭的數量，降低檢測成本，可采 用陣列式同發、同收超聲波探頭來代替傳統的多組探頭交錯并排的方式，在消除探頭之間 檢測盲區的同時，可以減少探頭的數量，提高檢測效率。但是，陣列式同發、同收超聲波探頭 通過相鄰晶片所產生的聲場重合部分來消除檢測盲區，該聲場重合部分的信號屬于聲場的 旁瓣信號，信號強度微弱，這就導致該區域檢測的靈敏度不高，信噪比較差。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法， 解決了陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號問題。提高了陣列式同發、同收超聲波探頭 聲場重合部分的檢測靈敏度和信噪比。
[0004] 該方法包括兩部分內容，首先，對陣列式同發、同收超聲波探頭的超聲檢測信號做 小波閾值處理;其次，把經過小波閾值處理后的相鄰兩個通道的缺陷回波信號做疊加處理。
[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疊加處理就 是指對缺陷回波信號做簡單的線性疊加。
[0006] 本發明所提供的陣列式同發、同收超聲波探頭中，同組晶片的規格大小一致，同組 晶片同時激勵產生超聲波信號，各晶片所產生的超聲波聲場特性一致，且同時接收超聲回 波信號。在接收到的超聲回波信號中，如果相鄰兩個通道同時接收到聲場重合部分的缺陷 回波信號，且缺陷回波信號的幅值不大于主聲場中一次底波幅值的30%，首先，利用小波變 換處理微弱信號的優勢，對各通道的檢測信號進行小波閾值處理。再把經過小波閾值處理 后的相鄰兩個通道的缺陷回波信號相疊加，從而增大聲場重合部分的缺陷信號幅值，提高 檢測靈敏度。
[0007] 超聲檢測信號經小波變換后，有用信號產生的小波系數幅值大，數目少，而噪聲產 生的小波系數幅值小，數目多。基于小波變換的上述特點，通過在不同尺度上選取適當的閾 值，將小波系數進行閾值化處理，剔除小于閾值的小波系數，保留大于閾值的小波系數，從 而使得原始超聲檢測信號中的噪聲得到抑制，最后進行小波逆變換，得到原始超聲檢測信 號的最優估計。小波閾值算法的具體步驟為：
[0008] (1)選取合適的小波函數對原始超聲檢測信號進行小波變換，得到各尺度上的小 波系數。對于長度為N的原始超聲檢測信號f(t)，設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{ vl, k，k = 1，2，…，}及各分辨率下的小波系數{Wj, k，j = L， 1^+1，~，1-1沽=1，2，一，24，其中尺度系數和小波系數共~個。在處理邊界時，可以采用周 期延拓的方法。
[0009] (2)對各尺度小波系數進行非線性閾值化處理。為保持信號的整體形狀不變，保留 所有低分辨率下的尺度系數VL,k。取Donoho提出的通用閾值2 = ,σ為高斯白噪聲的 標準方差，Ν為帶噪信號的長度。對每個小波系數Wj,k，可采用軟閾值或硬閾值的方法來進行 處理。
[0010] ①軟閾值：
[0011]
[0012] 將帶噪信號的小波系數Wj,k與所選定的閾值λ進行比較，大于等于閾值的點取該點 與閾值的差;小于等于閾值相反數的點取該點與閾值的和;幅值小于閾值的點取為零。
[0013] ②硬閾值：
[0014]
[0015]把帶噪信號小波系數的絕對值Wj, k與所選定的閾值λ進行比較，小于閾值的點取為 零;大于等于閾值的點保持不變。
[0016] (3)進行小波逆變換。由所有低分辨率下的尺度系數vL,k以及經過閾值化處理后的 小波系數來進行原始信號的重構，得到去噪后的信號。
[0017] 信號疊加處理即把經過小波閾值處理后的相鄰兩個通道的缺陷回波信號做線性 相疊加。
[0018] 所述的小波閾值處理算法和所述的缺陷信號相疊加算法，可以通過通過DSP、FPGA 實現，也可通過軟件編程的方法實現。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明提供的陣列式同發、同收超聲波探頭聲場示意圖；
[0020] 圖2是本發明提供的利用陣列式同發、同收超聲波探頭對工件進行檢測的示意圖；
[0021] 圖3是本發明提供的對超聲檢測信號做小波閾值處理示意圖；
[0022]圖4是本發明提供的對經過小波閾值處理后的相鄰兩個通道的缺陷回波信號做線 性相疊加處理；
[0023]圖5是本發明提供的工作原理框圖。
【具體實施方式】
[0024] 為了從事探傷領域的技術人員能夠更好的理解本發明所提供的陣列式同發、同收 超聲波探頭的檢測信號增強方法，下面結合具體的實施例進行更加完整、清楚的闡述。基于 本實施例，本領域的技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的其他實施例，都屬于 本發明的保護范圍。
[0025] 圖1示出本發明所提供的陣列式同發、同收超聲波探頭1所產生的聲場，聲場中包 括主聲場2和相鄰兩個晶片重合部分的聲場3。同組超聲波探頭1的晶片規格大小一致，同組 晶片同時激勵產生超聲波信號，各晶片所產生的主聲場2和相鄰兩個晶片重合部分的聲場3 特性一致，且同時接收超聲回波信號。
[0026] 圖2示出本發明利用所提供的陣列式同發、同收超聲波探頭1來對被檢工件4進行 超聲波探傷。入射聲波由入射面5進入被檢工件4,經過底面6或者缺陷7的反射又被陣列式 同發、同收超聲波探頭1所接收。
[0027] 在接收到的超聲回波信號中，如果相鄰兩個通道同時接收到聲場重合部分3的缺 陷7的檢測回波信號，且缺陷7的檢測回波信號的幅值不大于主聲場2中一次底波幅值的 30%，首先，利用小波變換處理微弱信號的優勢，對各通道的超聲波檢測信號8進行小波閾 值處理，得到閾值處理后的超聲波檢測信號9,參考圖3所示。再把經過小波閾值處理后的超 聲波檢測信號9中相鄰兩個通道的缺陷回波信號相疊加，得到缺陷回波信號疊加后的檢測 信號10,參考圖4所示出。
[0028] 圖5所示出本發明所提供的陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法的 具體實現原理框圖，包括陣列式同發、同收超聲波探頭和超聲檢測儀器，其中超聲檢測儀器 包括發射電路，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轉換器和DSP單 元等。發射電路產生高壓同步脈沖信號，激勵并聯式超聲探頭同時發射超聲波信號;前放電 路對接收到的微弱的超聲回波信號進行初步放大，以方便后續的處理;A/D轉換器是將模擬 信號轉換成數字信號;DSP數字信號處理單元用來實現小波閾值處理算法、缺陷回波信號疊 加算法及壓縮、檢波等處理;控制單元控制整個系統的時序邏輯，使得儀器各單元能夠協同 工作。
[0029] 本發明所提供的實施例中，通過小波閾值處理法和缺陷回波信號疊加法來增強陣 列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號。小波閾值處理法可以完整的保留有用信號，抑制噪 聲，提高檢測信號的信噪比。缺陷回波信號疊加就是利用超聲波的疊加和干涉定律，對兩個 信號進行線性疊加處理，從而增大聲場重合部分的缺陷信號幅值，提高檢測靈敏度。
[0030] 本發明提供的陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法，可以提高陣列 式同發、同收超聲波探頭的信噪比，提高聲場重合區域的檢測靈敏度。
【主權項】
1. 一種陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法，其特征在于，首先，對陣列 式同發、同收超聲波探頭的超聲檢測信號做小波閾值處理;其次，把經過小波閾值處理后的 相鄰兩個通道的缺陷回波信號做疊加處理； 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疊加處理就是指 對缺陷回波信號做簡單的線性疊加； 所提供的陣列式同發、同收超聲波探頭中，同組晶片的規格大小一致，同組晶片同時激 勵產生超聲波信號，各晶片所產生的超聲波聲場特性一致，且同時接收超聲回波信號;在接 收到的超聲回波信號中，當相鄰兩個通道同時接收到聲場重合部分的缺陷回波信號，且缺 陷回波信號的幅值不大于主聲場中一次底波幅值的30%，首先，利用小波變換處理微弱信 號的優勢，對各通道的檢測信號進行小波閾值處理;再把經過小波閾值處理后的相鄰兩個 通道的缺陷回波信號相疊加，從而增大聲場重合部分的缺陷信號幅值，提高檢測靈敏度； 超聲檢測信號經小波變換后，有用信號產生的小波系數幅值大，數目少，而噪聲產生的 小波系數幅值小，數目多；通過在不同尺度上選取適當的閾值，將小波系數進行閾值化處 理，剔除小于閾值的小波系數，保留大于閾值的小波系數，從而使得原始超聲檢測信號中的 噪聲得到抑制，最后進行小波逆變換，得到原始超聲檢測信號的最優估計。2. 根據權利要求1所述的陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法，其特征在 于，小波閾值算法的具體步驟為： (1) 選取波函數對原始超聲檢測信號進行小波變換，得到各尺度上的小波系數;對于長 度為N的原始超聲檢測信號f(t)，設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{1,1^=1，2，~，24及各分辨率下的小波系數{^,!^ = 1^+1，~，1-1沽 =1，2,…，2巧，其中尺度系數和小波系數共N個;在處理邊界時，可以采用周期延拓的方法； (2) 對各尺度小波系數進行非線性閾值化處理，為保持信號的整體形狀不變，保留所有 低分辨率下的尺度系數vuk。取Donoho提出的通用閾值，〇為高斯白噪聲的標準 方差，Ν為帶噪信號的長度;對每個小波系數Wj,k，采用軟閾值或硬閾值的方法來進行處理； 軟閾值：將帶噪信號的小波系數《^與所選定的閾值λ進行比較，大于等于閾值的點取該點與閾 值的差;小于等于閾值相反數的點取該點與閾值的和;幅值小于閾值的點取為零； 硬閾值：把帶噪信號小波系數的絕對值％,k與所選定的閾值λ進行比較，小于閾值的點取為零； 大于等于閾值的點保持不變； (3) 進行小波逆變換，由所有低分辨率下的尺度系數VL,kW及經過閾值化處理后的小波 系數t來進行原始信號的重構，得到去噪后的信號。
【專利摘要】一種陣列式同發、同收超聲波探頭的檢測信號增強方法，屬于超聲波探傷技術領域。首先，對陣列式同發、同收超聲波探頭的超聲檢測信號做小波閾值處理；其次，把經過小波閾值處理后的相鄰兩個通道的缺陷回波信號做線性疊加處理。小波閾值處理法可以完整的保留有用信號，抑制噪聲，提高檢測信號的信噪比。缺陷回波信號疊加就是利用超聲波的疊加和干涉定律，對兩個信號進行線性疊加處理，從而增大聲場重合部分的缺陷信號。優點在于，提高了陣列式同發、同收超聲波探頭聲場重合部分的檢測靈敏度和信噪比。
【IPC分類】G01N29/04, G01N29/44, G01N29/34, G01N29/24
【公開號】CN105675731
【申請號】CN201610032607
【發明人】楊博, 童凱, 張建衛, 劉濤, 徐磊, 劉光磊
【申請人】鋼研納克檢測技術有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月18日