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摘要：激光超声检测技术具有高灵敏度、非接触性、超声信号模式丰富、检测分辨率高等优点，是工业质量监测、工业生产安全的重要保障。依据伪缺陷信号出现的特征规律，对超声导波管道检测信号中缺陷波包信号进行识别和提取，并利用匹配追踪方法和数值比对赋值法对伪缺陷信号进行消除。研究结果表明:提出的超声导波管道检测伪缺陷识别及其消除方法行之有效，实现了超声导波检测缺陷信号去伪成真目的，解决了超声导波检测信号识别难点问题，极大促进了超声导波无损检测技术的工程应用。
关键词：超声导波；管道检测；伪缺陷信号；识别及消除方法
随着科学技术的迅猛发展，高温、高压、高速度、高负荷成为现代工业的标志性特征，这无疑对工业产品的质量提出了更高的考验与挑战。在工业生产建设中，无损检测技术是进行全面“质量管理”的重要环节，在质量和安全保障体系中具有至关重要的意义和作用。然而，超声导波具有频散特性，在构件中传播的
超声导波反射信号通常比较复杂，给缺陷检测信号的识别带来极大难度。在工程应用过程中，由于受到被检测管道的壁厚、管径、表面状态以及材质特性等因素影响，另外，受仪器激发功率大小影响，超声导波检测信号在第1个反射期内幅值比较小。对微小缺陷检测时，受到噪声信号影响，第1个反射周期内的检测信号往往不能给出明显的缺陷信息，而从第2个反射周期开始，因超声导波反射信号在缺陷处产生多次叠加，缺陷信号幅值得到加强，而在管端处受信号功率流衰减影响管端反射信号幅值慢慢减小，这种特征有助于缺陷信号的识别。因此，在实际检测时，往往通过观察第2个、第3个反射周期的检测信号来判断缺陷情况。对于有限长管道检测，超声导波经过管道中缺陷处和管道两端头的多次来回反射时，
同一个缺陷在检测信号中会出现两个不同位置的回波信号，其中一个称之为伪缺陷信号，这让人难以根据回波信号确定缺陷在管道中的个数和具体位置。目前，
大部分超声导波管道缺陷检测的研究集中在信号处理和缺陷定量化方面，
只有少量研究提到伪缺陷信号。
2 管道中伪缺陷信号位置特征规律
为了消除超声导波检测信号中的伪缺陷信号，需要研究和掌握伪缺陷信号出现的位置特征规律，利用超声导波传播路径示意图法、数值模拟及实验方法来分析归纳和验证伪缺陷信号出现的位置规律。
2.1激光超声缺陷检测原理
超声波是一种可以在材料中以一定速度和一定方向进行传播的机械波，对于声阻抗不一样的介质会发生不同的折射、反射或者波形转换现象。超声检测就是利用超声波在介质或材料中进行传播的这种特点，通过对所获取的超声信号进行分析与处理来判断试件的异常、识别样件的缺陷。超声检测方法包含共振法、透射法和脉冲反射法等，检测设备轻便，易于形成自动化检测体系。激光激励的超声波穿透能力较大，对平面型缺陷如夹层、裂纹等灵敏度较高，对人体和环境没有任何伤害，可用于金属、非金属、复合材料制件的无损检测。但在超声检测时，需要在激光探头和被测样品表面之间填充耦合剂以保证充分的声耦合，因此这种检测对试件形状的复杂性有一定的限制。
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2.2超声信号分析
本文利用自行构建的激光超声表面缺陷检测系统对具有不同人工缺陷的的进行实验。实验中，分别使用2MHz超声表面波探头探测反射波、透射波，探头带宽为2M，每组实验重复测量5次，采样率为200MHz，采样点数为1万。针对以上实验我们分析不同缺陷深度对反射波、透射波的影响。
2.2缺陷检测实验系统
激光超声表面缺陷检测实验系统的工作原理为，以声光效应为理论基础，将激光器产生的高能脉冲激光照射在样品表面上，产生热弹效应激发超声波；超声波在传播过程中途经微小裂纹时，将会在裂纹处发生传播变异，即缺陷对超声信号的调制作用，从而产生含有被测物体表面信息的超声信号，采用干涉仪检测出调制后的信号；利用信号采集系统进行含有物体表面损伤特征数据的采集，最后经过对信号的分析处理实现表面裂纹定量、定性检测。综上，激光超声表面缺陷检测实验系统应包括激励源系统、激光超声检测系统、数据采集系统和存在表面缺陷的标准样件四个基本部分。
3 伪缺陷信号的识别与消除
通过上一节超声导波管道检测中伪缺陷信号位置特征规律研究，已经掌握了伪缺陷信号出现的时机，因此，只要提取超声导波管道检测信号中第1，2个反射周期内的缺陷信号，并进行位置对比，就能够确定伪缺陷信号的位置。为了提取检测信号中的缺陷信号，需要选取合适的信号处理方法，经综合考虑，匹配追踪方法因具有良好的信号分解和重构能力而成为最佳选择。
3.1伪缺陷信号的识别
对于整个检测信号，只需提取第1，2个反射周期内的缺陷信号，即需提取两段信号，这样可以减少计算量并节省时间。除初始电脉冲信号外，第1个反射周期端面回波信号的幅值最大，可以通过调整初始时间而舍去初始脉冲信号，再通过求剩余信号的最大幅值得到第1个反射周期端面回波的位置。同样地，再次舍去第1个反射周期端面回波，求剩下信号的最大幅值得到第2个反射周期端面回波位置。这样就得到了两段信号，用匹配追踪方法分别对两段信号进行重构。重构的信号除了缺陷信号外还包括很多噪声信号，为对伪缺陷信号进行识别，必须先对噪声信号进行处理。发现重构的信号中噪声信号幅值一般较小，通过设置一个合适的幅值阀值过滤掉一些幅值较小的噪声信号，还有一些半波包信号通过波包宽度和波包中心时间这两个参数进行滤除。
3.2伪缺陷信号的消除
得到伪缺陷信号位置后，采用数值比对赋值法，将伪缺陷信号位置处信号幅值赋值为0，而其他信号保留不变，得到了伪缺陷信号消除后的检测信号，该方法成功消除了超声导波管道检测中伪缺陷信号，而保留了其他检测信号，可以清楚地辨别被检测管道中存在的缺陷数目和位置，避免了误判。从以上实际应用的效果来看，本文提出的超声导波管道检测中伪缺陷信号识别及消除方法行之有效，通过该方法的应用能够直观地辨别出管道中存在的缺陷数量和位置。
结论
提出了超声导波管道无损检测中存在伪缺陷信号现象。伪缺陷信号的存在严重影响了超声导波管道检测中对检测的缺陷数量和位置的判别。针对伪缺陷信号识别难点问题，绘制了超声导波在管道中传播路径示意图，提出了超声导波管道检测中伪缺陷信号识别与消除方法，通过实际应用检验，该方法行之有效。
解决了超声导波检测应用中信号识别难点问题，可极大促进超声导波管道检测技术的推广应用，具有重要的科学研究意义、应用价值及使用价值。
参考文献
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[2]程载斌,王志华,马宏伟.管道应力波检测技术及研究进展[J].太原理工大学学报,2003,34(4):426-431.
[3]程载斌,王志华,张立军,等.管道超声纵向导波裂纹检测数值模拟[J].应用力学学报,2004,21(4):76-79.
论文作者:杨锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第7期
论文发表时间:2018/8/15
标签：信号论文; 缺陷论文; 导波论文; 超声论文; 反射论文; 管道论文; 位置论文; 《防护工程》2018年第7期论文;