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第四章基于ica理论的超声信号降噪处理3.0903

4.1数据采集实验设计

4.1.1实验系统的选用

自动超声检测系统目前应用非常广泛：TROITSKII等应用于管焊

缝接头检测[52]；ROBERT等应用于复合结构中缺陷的检测[53]；

EDWARD等应用于压力容器中的焊缝检测[54]都可以快速、准确的提

取缺陷图像，取得了很好的效果。所以在超声检测中实现检测过程的

自动化是今后发展的必然趋势。

本文主要采用如图3-1所示的实验系统：美国物理声学公司制造

的自动化超声C扫描检测系统。硬件系统包括一台装有信号采集卡、

A/D卡、步进电机控制卡的工业计算机，一台高分辨率水浸扫描器。

扫描器如图3-2所示，由电机控制器、有机玻璃水浸槽、X、Y、Z三

向扫描架、架持探头的支杆系统组成。软件系统为Windows98和专

用的ULTRAWIN检测软件。由于高分辨率扫描器系统具有精密的机械

传动装置，可以实现探头对工件的精细扫描。仪器最小步进宽度可控

制到0.02mm。

图4-1检测系统示意图

Fig.4-1Processchartoftestingsystem

图4-2高分辨率水浸扫描器

Fig.4-2Highresolutionimmersiontestingscanmachine

4.1.2确定实验方法

由于受位置因素和板材厚度的影响，无法实现斜入射探伤，所以

本实验采用纵波垂直入射水浸探伤法。

水浸探伤法为一种使探头发射的声波经过一段水后再进入工件的

探伤方法。

水浸探伤中，探头与被检物不接触，因此，超声波的发射与接收

都比较稳定，不像接触法中灵敏度受油膜厚度、接触压力和表面光洁

度[55]等因素的影响。当然，工件表面光洁度的影响在水浸探伤中也

是存在的，只不过与接触法相比，这种影响较小而已。

4.1.2.1水浸探伤法的特点

水浸探伤中，被检工件的界面回波信号比发射脉冲信号窄很多，

能量弱得多。就被检工件而言，这大大缩小了盲区，从而与非液浸法

相比，能探测比较薄的工

件，例如可探测厚度为波长数量级小的小径薄壁管。

水浸探伤中，探头不直接接触工件，晶片损坏的可能性小，从而

可以采用频率较高的薄晶片，实用上已经采用到25兆赫。此时工件厚

度为1毫米时，底波信号也能清晰分开。4.1.2.2水浸探伤法需要注意

的几个问题

1.与接触法相比，水浸法需要使用灵敏度高的探头。一般至少要

比接触法的灵敏度高10分贝以上。

2.探头支撑固定很重要，夹具要牢固，能前后左右移动，并具有

角度微调整置。

3.探头与被捡工件的距离要能保证使工件二次界面反射波落在一

次底波之后。

4.液浸用水的污染不能太严重，否则声衰减太大。使用新鲜水时，

工件和探头表面上容易聚集气泡。有气泡存在不仅会使灵敏度降低，

还会产生一些杂波信号。

4.1.3试件的制备

4.1.3.1模拟试件的制备

超声检测无损检测技术中，常常采用与已知量比较的办法来确定

被检物的状况。一般检测是以标准试块作为参考，但是本实验的研究

对象结构较为特殊，所以需要制作一个模拟试件，作为确定检测灵敏

度的参考。模拟试件采用与实际工件相同的钛合金材料，模拟出实际

工件的T型结构，并人为加工出缺陷。工件示意图如图3-8所示。在

模拟试件上共加工了三个横孔：1.直径1.1mm，长度4.3mm，距工

件表面1.75mm；2.直径1.1mm，长度5.0mm，距工件表面2.1mm；

3.直径0.4mm，长度3.0mm。

A-A

图4-3模拟试件示意图

Fig.4-3Schematicofsimulationspecimen

4.1.3.2实际试件的制备