小波变换在超声探伤仪检测回波处理中的应用

　　1　引　　言

　　在工业无损检测中,超声探伤仪得到广泛使用。目前,在常规超声探伤中对材料缺陷的检出和定量主要是通过对检测回波中缺陷波的位置和波幅的测量得到。因此,仪器显示屏上检测回波的信噪比直接影响缺陷的检测。航空、航天、核能源等部门系统安全性要求苛刻,以航空发动机涡轮叶片原材料高温合金棒材的超声探伤为例,按标准要求检测缺陷当量大小为Φ0.8mm平底孔的缺陷。超声探伤灵敏度的广义含义是指在规定的声程内探伤仪系统发现最小缺陷的能力。在实际超声探伤中,灵敏度不能调得太高,否则仪器电噪声增大,显示屏出现过多杂波,检测回波信噪比下降容易漏检;而当被检材料为粗晶材料时,由于强烈的晶粒超声波散射噪声,缺陷回波湮没在草状和林状杂波中,基本无法区分出缺陷波的位置和波幅大小,已　　无法进行超声无损检测。随着信号处理理论和DSP技术的发展,采用先进的现代信号处理技术去除噪声提高检测回波的信噪比是一个有效的途径。

　　多尺度小波去噪方法是小波分析在信号处理中的重要应用,其基本原理是利用小波变换的多分辨力将带噪信号分解到各个尺度上,根据信号和噪声在不同尺度上的性质分别处理,完成信噪分离。小波分析方法在粗晶材料超声信号处理,声发射定位及微弱信号检测中得到广泛应用[1～5]。文献[1～3]采用的是基于小波变换模极大值的算法,由于要求搜寻各尺度上的局部模极大值且依据其尺度传播性分选出缺陷的模极大值,然后用交替投影方法重构缺陷信号,处理过程复杂。文献[4～5]采用小波变换阈值处理方法去噪,但对其中的关键即阈值的选取未给出具体方法,也未给出具体实验数据,而是凭经验确定,这给实际应用带来很大不便。更重要的是,以上小波去噪方法大多采用固定阈值,并只关注信噪比的增强而未考虑处理后检测回波的波形损失。对于超声探伤回波处理而言,这十分重要,因为缺陷波高是当量法定量检测的依据。这里应用Donoho的基于阈值处理思想的小波域去噪理论[6],根据仪器电噪声,材料散射噪声和缺陷回波在多尺度小波变换下的特性给出一种随尺度变化阈值的确定方法,以尽量减小对去除噪声杂波后的检测回波的损失。

　　通过对纵波平底孔超声探伤AVG(距离—波幅—当量)曲线的测定实验表明,该阈值去噪方法能大大降低噪声杂波,增强信噪比,对处理后的回波损失小,能保证超声定量检测。该回波信号方法能很好地提高超声探伤仪检测性能。

　　2　小波变换

　　小波变换是把基本小波函数Ψ(t)作位移b后,再在不同尺度a下与待分析的信号f(t)作内积: