[发明专利]一种去除超声探头响应特性的超声波信号处理方法

说明书

技术领域

本发明属于超声无损检测技术领域，具体涉及一种去除超声探头响应特性的超声波信号处理方法。

背景技术

超声检测通过分析暂态声场与缺陷相互作用后的回波实现对缺陷的诊断和评价，是应用最为广泛的一种无损检测方法。超声回波由检测系统的特性和缺陷特性共同决定，检测系统特性主要受超声探头的电-声和声-电特性决定，同一批探头因为制造工艺、压电材料性能参数的差异，表现出来的特性不一样。压电材料经受高频振动，退极化倾向大，易引起压电材料电性能的老化，使探头响应特性变化，影响对回波的准确判断。特别是当缺陷特性相似的时候，如果采用不同的探头，就会得到差异较大的超声回波，导致缺陷评价不准确。为了突出缺陷的特性，很有必要去除探头响应特性对回波信号的影响。

基于超声信号产生及超声波在介质内的传播模型，超声回波是探头响应特性与缺陷特性的时域卷积，因此对超声回波信号进行反卷积处理就成为解决这一问题的最佳途径。工程中常用的反卷积方法有同态反卷积和最小熵反卷积等。当系统是最小相位系统时，解卷积问题不难解决，当系统是非最小相位，应用同态反卷积和预测反卷积比较困难，会产生病态问题。最小熵反卷积非常适用于非最小相位或非线性系统的反卷积方法，这种方法通过迭代找到使输出序列熵最小的逆滤波器，其结果是一种折衷的方案，并不是最优的。因为超声检测系统的未知性，超声信号的反卷积问题是一个盲反卷积问题，可以通过求超声探头响应特性函数的方法把盲卷积问题转换成常规反卷积。超声探头的响应特性可以采用激光测振仪测量得到，但激光测振仪价格昂贵，成本太高。有学者用逼近的办法求解探头响应特性，如Boβmann Florian基于高斯回波模型利用多次迭代的求得探头响应特性(Boβmann F,Plonka G,Peter T,et al.Sparse deconvolution methods for ultrasonic NDT[J].Journal of Nondestructive Evaluation,2012,31(3):225-244.)，梁巍利用MP集合搜索的方法逼近单个超声回波求得探头响应特性(Wei L,Huang Z,Que P.Sparse deconvolution method for improving the time-resolution of ultrasonic NDE signals[J].Ndt&E International,2009,42(5):430-434.)，但是，这些方法所得到的探头响应特性只是一个估计值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种去除超声探头响应特性的超声波信号处理方法，其方法步骤简单，设计新颖合理，实现方便，实现成本低，能够突出缺陷的特征，能够得到准确的结果，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种去除超声探头响应特性的超声波信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、制作标准大平面试块；所述标准大平面试块的形状为圆柱形，所述标准大平面试块的底面半径Φ＝6D，所述标准大平面试块的高度H的取值范围为其中λ为超声波在标准大平面试块中的波长，当所述超声探头为圆形超声探头时，D为超声探头的直径；当所述超声探头为矩形超声探头时，D为所述矩形的长边的边长；

步骤二、采集超声探头在标准大平面试块的底面回波：将超声探头放置在标准大平面试块的顶部中心处，操作与超声探头连接的超声波探伤仪，采集超声探头在标准大平面试块的底面一次回波y(t)并传输给计算机；