独立分量分析在超声波检测信号处理中的应用

论文摘要

钛合金目前一般应用于航空航天领域设备中非常重要的部位,钛合金焊缝焊后需要进行严格的无损检测。激光焊接是连接钛合金最主要方法之一。在T型激光焊接头的自动超声波检测中,由于焊接接头尺寸小,距离上表面过近,以及表面焊缝的不平度,都会使微小的缺陷信号淹没在表面波和噪声中,因而影响到检测结果准确度。独立分量分析(ICA)是近年来发展起来的一种有效的盲源分离技术,其处理对象是一组相互统计独立的信号源经线性组合而产生的混合信号,目的是从混合信号中提取各独立信号分量,达到消除噪声信号的目的。本文主要研究独立分量分析在自动超声波检测中分离检测信号与源信号的效果。文中首先研究了超声自动检测过程中工件表面粗糙度的不利影响,其中主要讨论了焊缝余高造成的不利影响;此外还研究了探头频率、水程、增益及闸门等参数对检测结果的影响。当水程设置在30mm,增益设置为6db,闸门位置距离表面波为1mm的时候可得到较好的图像效果。通过选择合适的探头频率,可以减小表面粗糙度造成的影响提高超声自动检测的可靠性。探头频率为10MHz最适合本实验方案。增益值过高,闸门值过低会引入更多的噪声,而增益值过低,闸门值过高则会使小缺陷信号漏检。本文最后研究了应用独立分量分析方法将自动超声波检测激光焊T型接头时的检测信号分离成源信号及噪声信号的原理及方法。阐述了负熵法ICA快速算法的原理,应用相应的分析工具对试验数据进行处理。从得到的扫描波形中提取数字混合信号并将源信号与噪声信号进行了分离,分离后得到了清晰的回波信号与噪声信号。结果表明,在试验室条件下,该方法能较好地分离缺陷信号和噪声信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 超声波无损检测（NDT）
• 1.1.2 超声波在焊缝缺陷检测中的应用
• 1.2 本领域的研究及发展现状
• 1.2.1 表面和近表面缺陷检测的信号处理
• 1.2.2 超声检测中的噪声处理
• 1.3 盲源分离技术的发展现状
• 1.3.1 盲源分离技术的研究背景
• 1.3.2 独立分量分析的概况
• 1.4 本课题研究内容
• 1.4.1 检测方法的选择
• 1.4.2 超声波水浸探伤原理
• 1.5 本论文的主要工作及内容安排
• 第2章 检测系统及实验方法
• 2.1 检测与识别系统
• 2.1.1 检测系统噪声来源
• 2.1.2 选用实验系统
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 超声A 扫描和C 扫描
• 2.2.2 水浸探伤法的基本原理和特点
• 2.2.3 探头垂直入射时在水介质中的声场测试计算
• 2.2.4 探头垂直入射时在工件中声场的计算
• 2.3 模拟试件的制备
• 2.4 本章小结
• 第3章 检测工艺研究
• 3.1 焊缝表面状态对超声信号的影响分析
• 3.1.1 理论分析
• 3.1.2 实验分析
• 3.2 检测工艺参数的确定
• 3.2.1 探头的选择
• 3.2.2 理论分析
• 3.2.3 实验验证
• 3.2.4 水程的确定
• 3.2.5 C 扫描主要参数的确定
• 3.3 激光焊T 型接头的检测
• 3.3.1 实际试件超声C 扫描检测
• 3.3.2 检验方法的改进
• 3.4 实验讨论与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于独立分量分析理论的信号处理
• 4.1 选用噪声分离方法
• 4.1.1 现有去噪方法
• 4.1.2 盲源分离问题描述
• 4.2 实验数据的提取与噪声分离
• 4.2.1 母材无缺陷时的噪声分离
• 4.2.2 人造缺陷试件的噪声分离
• 4.2.3 实际T 型钛合金接头的噪声分离
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢