Page 70 - 无损检测2024年第七期

马朝阳，等：

特种设备用激光熔化沉积钛合金构件的超声检测

对常规超声换能器采集的回波信号进行后处理的方 到的超声波回波信号与已知参考信号在时间轴上的
法，增强弱缺陷回波信号，抑制背景结构噪声，进而 相似度，从而提取试件较大深度处的回波信号。超
提高较大厚度钛合金试件的超声检测能力。 声检测信号处理过程如图3所示，对整个回波信号
表1 超声水浸C扫描试验参数 （包括初始波、背景噪声、缺陷回波和底部回波）中

参数 数值 红圈处局部信号进行放大截取，以水-试件界面的相
水层厚度/mm 20 同换能器参数的回波信号为参考信号，在此基础上，
扫描步数/mm 0.1
以归一化互相关系数为尺度重建信号，表征与参考
扫描速度/（mm · s ） 50
－1
信号的相似性。最后，得到信号处理结果。对所有
总声波/dB 45
全波信号进行上述信号处理，参照信号相似度的尺
采样频率/MHz 125
度对超声检测数据进行标准化处理。
2 试验信号处理与仿真验证
换能器收到的超声波回声信号 r(t) 及来自
2.1 超声检测信号处理 水-试件界面的参考超声回波信号p r (t)的定义分
基于归一化互相关的信号处理方法，计算接收 别为

图 3 超声检测信号处理过程

r ()= ()+ () （1） 式中： σ 为参考信号p 的标准偏差；σ (τ)为以位置τ
t
n
t
s
t
pr
r
r
1
n
pt
t
p r ()= ()+ () （2） 为中心、长度为T的接收信号r的标准偏差；ρ(τ)为
t
2
获得的重构信号。
式中：s(t)为来自钛合金试件的无噪声回波信号；p(t)
将公式（1），（2）代入公式（3），得
为来自水-试件界面的无噪声回波信号；n (t)和n (t)
1 2
τ
为超声检测系统的接口噪声。 R ( )=p ∗ τ r r ()=p∗ τ s ( ) （5）
参考超声回波信号pr和接收信号r，互相关R(τ) 非相干噪声n 和n 通过卷积操作被消除，重建
1
2
定义为 信号ρ(τ)实现了非相干噪声的消除，与原始信号r(t)
1
r
t
R ( )=p ∗ r ( )  T 0 ∫ T p r ( ) ( + ) dt （3） 相比提高了检测信噪比。
τ
τ
t
τ
2.2 超声检测仿真验证
r
式中：*为卷积；T为p 的长度。 将上述归一化互相关信号处理方法应用于全波
r
参考信号p 对接收信号r的归一化互相关系数 模拟数据以验证其有效性。在CIVA软件中，分别
r
ρ(τ)定义为 建立直径为0. 6，0. 8，1. 0 mm的平底孔，相同深度
R () 的板材检测模型。在参数设置与试验设置一致的情
τ
τ
ρ ( )= （4）
σ σ () τ 况下，进行了C扫描检测的模拟。接口噪声是在上
r p r
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2024 年 第 46 卷 第 7 期
无损检测