[发明专利]基于Burg算法的自回归谱外推技术提高TOFD检测纵向分辨率的方法

摘要

一种基于Burg算法的自回归谱外推技术提高TOFD检测纵向分辨率的方法，属于超声无损检测技术领域。该方法采用一套TOFD超声检测仪、TOFD探头、扫查装置、集成TOFD常规分析功能的软件以及计算机构成的超声检测系统。针对缺陷进行TOFD扫查，对采集到的包含缺陷上下端衍射波的时域混叠信号进行自回归谱外推处理。以参考信号的-6dB频带宽度为基准，选取该频带范围内的缺陷信号，并利用Burg算法估计该频带范围外的缺陷信号，从而拓宽频带宽度，提高缺陷检测的纵向分辨率，实现缺陷高度定量。与其它提高TOFD检测纵向分辨率的方法相比，该方法对硬件系统无额外要求，且不受检测探头激励脉冲时间宽度的限制，具有较好的工程应用价值。

主权项

一种基于Burg算法的自回归谱外推技术提高TOFD检测纵向分辨率的方法，其特征是：以系统脉冲信号的‑6dB频带宽度为基准，选取该频带范围内的缺陷信号，利用Burg算法估计该频带范围外的缺陷信号，从而拓宽频带宽度，提高缺陷检测的纵向分辨率，实现缺陷高度定量，所述方法的测量步骤如下：(a)首先对被检工件进行TOFD检测D扫描，初步确定缺陷位置，根据缺陷深度信息选择合适的探头频率、探头角度，并调整探头中心间距、时间窗口范围、检测灵敏度、脉冲重复频率和扫查增量等参数；(b)根据步骤(a)中确定的TOFD检测参数对被检工件内的目标缺陷进行B扫描，并存储B扫描图像，通过TOFD分析软件将B扫描图像中抛物线顶点处的A扫描信号y(t)导出；(c)利用与被检工件材质相同的对比试块，得到其底面反射回波信号，将其作为系统脉冲信号，即自回归谱外推处理的参考信号h(t)，对检测信号y(t)和参考信号h(t)分别进行傅里叶变换，利用检测信号y(t)的频域表达式Y(ω)直接除以系统脉冲信号h(t)的频域表达式H(ω)，获得缺陷的估计信号X(ω)，即$X\left(\mathrm{\&omega;}\right)\widetilde{=}\frac{Y\left(\mathrm{\&omega;}\right)}{H\left(\mathrm{\&omega;}\right)}=\frac{Y\left(\mathrm{\&omega;}\right)H^{*}\left(\mathrm{\&omega;}\right)}{{\left|H\left(\mathrm{\&omega;}\right)\right|}^2}---\left(1\right)$式中H^*(ω)是H(ω)的共轭复数；(d)根据系统脉冲信号频谱最大幅值下降6dB所确定的频带窗口[ω_L,ω_H]，获得与该窗口对应的数据范围[i_L,i_H]，选取该数据范围内的缺陷信号X(ω)作为参考模型，利用最终预测误差准则确定模型阶数p，使用Burg算法求得自回归谱外推系数a_k；(e)分别利用前向预测公式(2)和后向预测公式(3)估计出i>i_H和i<i_L范围内的X_i(ω)估计值，${\tilde{X}}_i\left(\mathrm{\&omega;}\right)=-\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_k{X}_{i-k}\left(\mathrm{\&omega;}\right),i>i_H---\left(2\right)$${\tilde{X}}_i\left(\mathrm{\&omega;}\right)=-\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_k^{*}{X}_{i-k}\left(\mathrm{\&omega;}\right),i\&lt;i_L---\left(3\right)$式中为外推值，是自回归谱外推系数的共轭复数；(f)将频带窗口[ω_L,ω_H]外的数据和频带窗口内的数据相结合，得到缺陷信号频谱对缺陷信号频谱进行傅里叶逆变换，得到其时域信号读取缺陷上下端衍射波信号的时间差Δt，根据公式(4)，即可计算得到缺陷的高度h，$h=\frac{1}{2}(\sqrt{c^2{(t+\mathrm{\&Delta;t})}^2-{4S}^2}-\sqrt{c^2{t}^2-{4S}^2})---\left(4\right)$式中，c为被检工件纵波声速，S为探头中心间距一半，t为缺陷上端衍射波传播时间，Δt为缺陷上下端衍射波传播时间差。