超声频率一致性分析及其在缺陷分类中的应用

　　1 引言

　　在超声波检测过程中，根据不同的情况，如试样的厚度、缺陷的深度及方向等，需要更换不同中心频率的探头进行检测。它与不同频率超声波的特点及其在介质中传播时的衰减情况是有关的。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其能量会逐渐减弱，这种现象称为超声波的衰减。对于大多数固体和金属介质来说，通常所说的超声波衰减，是指散射衰减和粘滞衰减，其衰减系数与频率、晶粒直径成正比。频率越高，晶粒直径越大，则超声波的衰减越大，越不利于缺陷的检测。另外，当试样的厚度较大时，超声波频率的衰减也成为一个重要影响因素，宜采用低频探头，这适合于检测体积较大的缺陷;而当缺陷较小、且试样的厚度足够小，使得衰减问题可以忽略时，宜用高频探头检测。

　　当前NDT的一个发展趋势是实现检测的自动化、智能化，回波信号频率的不一致将会对缺陷的分类产生影响[1-6]。虽然不同探伤频率的反射信号包含不同的信息，但当缺陷的尺寸不是所关心的问题时，需要将不同中心频率得到的缺陷信号映射到同一参照频率以消除探头频率对分类系统的影响。本文在对焊接缺陷的射频输出信号采集的基础上，根据傅立叶的尺度变换性质将不同中心频率的缺陷信号映射到同一参考频率预处理，结合类别可分性判据对有否经过预处理的两类缺陷样本数据库进行了实验验证。

　　2 频率一致性分析

　　2.1 信号采集

　　A型显示是目前脉冲反射式超声波探伤仪中常用的显示方式，回波信号在荧光屏上的波形有两种：射频显示(不检波显示)和视频显示(检波显示)。其中射频显示是探头输出的反射信号经放大器放大后，直接加至示波管所显示出来的探伤波形;而视频显示则是高频放大器放大后的交变高频信号经放大检波后，滤去高频成分，取其正向包络信号输入到视频放大器，然后显示出的探伤波形。探伤仪所用的检波元件多为半导体二极管，射频信号与检波信号的输出端口如图1所示。

　　图2(a)为一反射波的视频显示，将信号在二极管检波之前(即图1中的a点)引出，则得到如图2(b)所示的射频信号。射频显示含有检波前的大量高频信息，能比较真实地反映出超声脉冲在介质中的传播情况，常用来辅助分析探测过程中一些缺陷反射波和杂波的波形特征。对于以信号处理为核心的计算机化NDT仪器而言，最大程度的获取和利用有关缺陷的原始信息，将会有效提高分析结果的可靠性。因此，有必要对射频输出信号进行研究，为后继信号的分类处理奠定基础。