基于最小值选中次数的分离谱加权算法的超声信号处理方法研究

　　由于工况条件恶劣,海底输油管道的超声检测中常会遇到各种干扰,噪声的存在对以超声幅度达到某一阈值而“报警”的超声波自动探伤而言,会大大增 加检测的误警率,甚至无法进行正常工作。特别是对于粗晶材料,如离心铸造的不锈钢、碳纤维复合材料、焊接接头和叠层材料,从其中得到的超声信号,信噪比恶 化问题更加突出,成为制约超声检测应用的关键因素。而对提取缺陷信号进行处理与分析,或根据信号对管道性能评价时,噪声会严重影响信号分析。因而消除噪声 信号的干扰就成为超声检测中至关重要的一环。所以需要一种快速有效的方法,能实时处理采集到的超声信号,并判断是否有缺陷存在,如发现缺陷,则将这些信号 压缩并存储到检测系统的存储设备里。待一个检测行程完成后,将这些数据传到地面计算机,进行解压缩,重构信号并对其进行分析。

　　1　检测噪声的来源

　　1.1　电子噪声

　　电子噪声是一种随机噪声,主要包括量化噪声和热噪声。量化噪声(又称量化误差)直接与所用的模数转换器芯片有关。量化后输出量是数字量,其对应 的模拟电压只能是量化电平Δ的整数倍。但实际输入电压不一定是量化电平Δ的整数倍,这就产生了量化误差。量化噪声不是随意引入的,而是与实际输入模拟电压 信号、满量程电压和模数转换器位数有关。当满量程电压FSR足够小,模数转换器的位数N足够大时,可认为量化噪声在[-Δ/2,+Δ/2]内是均匀分布 的,具有白噪声的特性。

　　热噪声是电子系统中的一种主要噪声,系统中的所有部位都会产生热噪声。由于所接收的回波信号很微弱,所以其影响就显得尤为重要。热噪声的来源很 多,最主要的是电阻热噪声。这种噪声频谱极宽且频谱是连续和均匀分布的,所以,热噪声也属于白噪声。要减小热噪声,除采用性能优良的器件以外,后续的数字 滤波也非常重要。

　　1.2　结构噪声

　　由于材料介质不均匀或存在粗晶粒,所以,在超声波入射到材料中后,处于传送状态的超声波在这些具有不同声速(或密度)组织的边界上就发生不期望 发生的反射、折射或散射,这些不期望发生的波互相干涉从而形成一种相干性噪声,称之为结构噪声。结构噪声是超声检测过程中固有的普遍性问题。

　　对于超声波测厚而言,结构噪声是妨碍正确判断缺陷回波的不利因素。粗晶材料中存在着大量任意分布的晶粒,所有晶粒对入射超声波都会产生背向散射小波,这些散射小波的叠加就形成了结构噪声。结构噪声的大小与材料晶粒的大小、各向异性的程度、超声波的波型和频率均有关。