高硅氧复合材料的超声成像检测

　　高硅氧复合材料具有高的比强度和比模量、良好的抗疲劳性、吸音、隔音和吸能等性能,被广泛用于航空、航天、汽车和建筑等行业。但因其组成成分的多样性和各向异性等因素的影响,在制造和生产过程中较易产生各种缺陷和损坏,影响了材料的可靠性,制约了材料的应用^[1,2]。因此研究精确的复合材料定量和定性检测技术已成为无损检测技术的重点研究内容之一^[3]。超声波检测因其灵活性和准确性,在复合材料无损检测中,已成为基本和有效的检测手段,是应用最广泛的方法之一。尤其是超声扫描成像,由于显示直观、检测速度较快,已逐渐成为复合材料构件普遍研究和采用的检测技术。

　　1　检测方式

　　由于高硅氧复合材料是各向异性的非均匀材料,对超声波的衰减特别大,因此要求超声波具有较强的穿透性。另外,多层散射使超声波穿过试样时出现许多回波,要把缺陷与噪声区别开来,检测所用换能器的灵敏度须较高。在检测小缺陷时,需要高的分辨率,而较高的分辨率是与较高的频率相联系的,而频率越高,超声波在复合材料中的衰减越严重,形成了一个矛盾。对于缺陷的定位和定量,选用探头的原则是,声束应尽可能地狭窄,相对于缺陷要垂直入射。采用线聚焦或点聚焦探头可使能量更加集中,因此笔者采用纵波点聚焦探头垂直入射来进行检测。

　　检测方法采用脉冲反射法(图1)。换能器通过探头套与试样相连接,往探头套内注水从而实现水耦合,垂直入射纵波。电机带动探头及探头套进行扫描,采集回波,进行信号处理,然后根据特征值大小,分别赋予不同的颜色,进而成像,经过图像处理后,依据色彩的不同来判断缺陷大小和性质。结合所使用的材料性质,经过多次试验验证,决定采用频率为1~2.5 MHz的聚焦探头。

　　2　信号的降噪处理

　　采用信噪分离、变换域的分析方法,通过对检测信号处理和特征提取,提炼出最能反映材料特性的信息,用来表征被检物体内部的质量情况。

　　超声检测中常会遇到脉冲噪声的干扰,而且它会在扫描图像中明显地表现出来。虽然在硬件电路中使用了带通滤波器,对于噪声的消除有一定作用,但该方法对放大器频带内的噪声不起作用,为此该系统使用了中值滤波的方式来消除信号中的噪声[4]。中值滤波技术实质上是一种逻辑比较运算,目的是消除信号中某一瞬间大幅度的噪声。由于运算只与数值信号的幅值有关,而与信号的中心频率和带宽等参数无关,因而中值滤波不会改变超声信号的频谱含量,也就是说它对信号的频谱没有影响。

　　在超声检测中,在换能器与待测材料一定的情况下,不同次的超声回波信号具有相关性。应用自适应滤波噪声相抵消原理,可降低回波信号中的噪声,显示有用信号,达到缺陷检测的目的。