信号处理和识别技术在超声检测中的应用

　　1前言

　　无损检测技术是随着各种测试技术、材料科学、电子技术和物理科学的发展而发展起来的。随着计算机、信号处理、模式识别和人工智能等技术的发展，在过去的三十年中，以电量输出时域信号的超声无损检测方法的可靠性越来越高，已成为最普遍采用的一种无损检测方法。超声波对各种微裂纹的敏感性，正好满足了现代无损检测技术中要求测出缺陷类型、尺寸、形状及取向等的需要。而计算机与传统的超声检测系统的结合被认为是超声检测技术向智能化方向发展的一个重大的突破，使对超声信号进行灵活方便的处理成为可能。由通用计算机、高速数据采集装置、机械扫描装置和常规超声波检测仪器相结合而构成的离线自动检测和分析系统被认为是超声波检测系统计算机化的发展方向之一。计算机化超声波检测系统发展的另一个方向是带微处理器的便携式智能超声检测仪器。计算机化的超声检测的共同特点是具有足够的速度和容量执行复杂的处理任务，通常包含信号处理、图像处理及缺陷自动识别等功能。

　　2超声信号的处理

　　超声检测中所期望获得的与缺陷性质有关的各种信息往往以某种方式隐藏在所获取的信号之中。由超声波检测仪器、试件和藕合介质所组成的系统中，材料噪声、仪器噪声和超声信号数字化时有限字长效应引起的噪声合在一起，往往淹没微弱的缺陷信号。但是根据缺陷和噪声对宽带超声波信号不同的频率响应特性，选取合适的超声波信号长度、适当的信号处理方法，可以分离缺陷响应和噪声响应，改善信噪比。信号处理和识别技术不仅用在信噪比差的场合，而且还用于要求自动判伤、大量数据分析和实时分析数据等场合。

　　尽管超声检测中对信号处理的最初努力可以追溯到1960年Gericke}'〕用超声能谱法对缺陷的性质进行分析。其后在无损检测中应用最多的信号处理方法就是频谱分析法，它实际上打开了无损检测中应用信号处理技术的大门。在这以后的几十年中，尽管已在实验室工作中成功地将超声频谱法应用到层合结构的粘结质量分析、把倒谱分析法应用到表面裂纹的表征等，但仍有许多人对这种古典的信号处理方法持消极的态度。至于其他的信号处理方法，在无损检测领域几乎没有得到较大的发展。

　　随着各种结构向高参数、大容量等方向发展，对无损检测结果的评价由定性阶段发展到了定量阶段。人们首先致力于开发先进的无损检测仪器和设备，如改进超声探伤仪的探头质量和提高电子电路的模拟信号处理技术。后来，许多事实表明，商用超声检测系统的缺点主要并不在于硬件的优劣，而在于缺乏先进的信号处理和解释软件[Cz7。因此，由于定量无损检测工作的迫切需要，使许多科研小组都纷纷加入到超声信号处理和识别的理论和应用研究行列。目前无损检测数据不仅在时域和频域，而且在振幅域、相域、倒谱域中被分析，以从信号中提取尽可能多的信息。信号处理技术(特别是数字信号处理技术)的应用，解决了无损检测技术中的许多瓶颈问题，在增加缺陷的检出率、可靠性和提高检测自动化程度等方面起到了显著的作用。