[發(fā)明專利]一種超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710699624.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107450061B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王永青;周連杰;劉海波;廉盟;應(yīng)楊威;李亞鵬;賈振元
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539;G01B17/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法屬于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法。該方法中，將聲時計算轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)辨識問題，將相鄰的兩個脈沖回波分別作為輸入信號和期望信號，在迭代過程中使用改進(jìn)的變步長自適應(yīng)算法，由輸出誤差功率的比例、積分和微分形成步長綜合控制函數(shù)，以減小噪聲的影響，更加準(zhǔn)確地獲得相鄰回波信號的脈沖響應(yīng)序列；然后采用對脈沖響應(yīng)序列進(jìn)行分段擬合、一階求導(dǎo)處理，得到脈沖響應(yīng)序列極大值位置，由脈沖響應(yīng)序列極大值的橫坐標(biāo)換算得到超聲聲時。本發(fā)明有效減小了超聲測厚中干擾噪聲的影響，實現(xiàn)了聲時的穩(wěn)定、高精度計算，使超聲測厚的精度得到了顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法。

背景技術(shù)

超聲測厚被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的壁厚檢測。超聲測厚主要采用脈沖反射原理。超聲探頭發(fā)射的超聲波在被測工件的上下表面間來回反射形成一系列脈沖回波，并被超聲探頭接收。利用脈沖回波在工件中的傳播聲時，計算出被測工件厚度。因此，聲時計算的準(zhǔn)確性是影響測厚精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，采集得到的超聲回波信號中往往包含著復(fù)雜的干擾噪聲，同時多次回波信號能量呈逐步衰減趨勢，導(dǎo)致超聲回波信號的信噪比較低。那么，實現(xiàn)超聲回波聲時的高精度計算，難度大。

目前，超聲回波聲時的計算方法主要有閾值法、峰值法和互相關(guān)法等等。閾值法通過檢測回波幅值第一次超過設(shè)定閾值的時間作為聲時。峰值法通過測量兩個相鄰回波幅值達(dá)到最大值時的時間差作為聲時。互相關(guān)法由兩個相鄰回波互相關(guān)系數(shù)的最大值的橫坐標(biāo)來得到聲時。對于信噪比較低的超聲信號，上述傳統(tǒng)方法得出的聲時會出現(xiàn)較大的計算誤差，而且利用同一組回波信號的不同相鄰回波得出的聲時會出現(xiàn)較大的波動。

2012年，王健在《電子測試》第2期發(fā)表文章《超聲測厚技術(shù)的試驗應(yīng)用與硬件設(shè)計》中采用峰值法對聲時進(jìn)行計算，將相鄰脈沖回波出現(xiàn)峰值的時間差作為聲時。2015年，李慧娟等在《中國測試》第41卷第3期發(fā)表文章《相關(guān)匹配在超聲測厚信號特征提取中的應(yīng)用》中介紹了一種聲時的互相關(guān)計算方法，根據(jù)相鄰回波互相關(guān)函數(shù)的最大值位置來獲得聲時。2016年，王子成等在發(fā)明專利CN105841645A中發(fā)明了一種超聲過零點測厚方法，通過檢測相鄰回波第一次通過零點的時間差作為聲時。

然而，上述研究均未提及超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有方法的不足，針對超聲測厚中低信噪比超聲聲時計算精度和穩(wěn)定性難以保證的問題，發(fā)明一種超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法。該方法基于自適應(yīng)時間延遲估計原理，在計算過程中采用改進(jìn)的步長控制策略，可以顯著減小噪聲干擾；通過對脈沖響應(yīng)序列進(jìn)行擬合處理，能夠更加精確地確定脈沖響應(yīng)序列的極大值位置，減小有限采樣頻率對聲時精度的影響，實現(xiàn)超聲聲時的穩(wěn)定、高精度計算。

本發(fā)明的技術(shù)方案是一種超聲測厚中的自適應(yīng)聲時計算方法，該方法將聲時計算轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)辨識問題，將相鄰的兩個脈沖回波分別作為輸入信號和期望信號，在迭代過程中使用改進(jìn)的變步長自適應(yīng)算法，由輸出誤差功率的比例、積分和微分形成步長綜合控制函數(shù)，以減小噪聲的影響，更加準(zhǔn)確地獲得相鄰回波信號的脈沖響應(yīng)序列；然后采用對脈沖響應(yīng)序列進(jìn)行分段擬合、一階求導(dǎo)處理，得到脈沖響應(yīng)序列極大值位置，由脈沖響應(yīng)序列極大值的橫坐標(biāo)換算得到超聲聲時。方法的具體步驟如下：

第一步，超聲回波信號采集和預(yù)處理