Page 92 - 无损检测2025年第三期

周志鹏，等：

基于 SSA-VMD-DTW 的绝缘子脱黏缺陷成像

（13） 9 10 MHz (32阵元)
10 MHz (16阵元)
8 10 MHz (8阵元)
式中：A(i)和B(j)分别为时间序列对应点的值。 5 MHz (32阵元)
7 5 MHz (16阵元)
DTW距离矩阵为 5 MHz (8阵元)
6 2.5 MHz (32阵元)
3 横向分辨率/mm 4
（14） 5 2.5 MHz (16阵元)
2.5 MHz (8阵元)

2
（15）
式中：L(i，j)为两个时间序列的规整路径距离，即 1
DTW距离。 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50
通过对比不同信号和参考信号的DTW距离， 设 换能器表面距被测件距离/mm
图 3 换能器参数与预设点处横向分辨率的关系曲线
定合适的阈值，即可实现对不同信号的相似度评估。
文章算法的总体流程图如图2所示。 入一个直径约为 10 mm的圆形缺陷。整体的试验
装置如图4所示，该装置主要由上位机控制系统、机
械臂运动控制装置和信号采集装置组成。试验使
用的信号采集设备为M2M公司生产的Multi 2000
型便携式相控阵超声采集卡，使用的相控阵换能
器型号为10L64-0. 3×10，试验主机的CPU型号为
i9-13900HX，GPU型号为RTX4070，内存大小为
32 G。共进行了3组试验，分别在距绝缘子表面10，
30，50 mm处采集信号。

图 2 文章算法的整体流程图
2 试验结果与分析

2.1 聚焦法则的确定
图 4 整体试验装置
为确定合适的聚焦法则，使用CIVA软件构建水/
硅橡胶双层介质模型，模拟使用频率为10. 0，5. 0， 2.3 信号分析及模态分解
2. 5 MHz的相控阵换能器 （阵元中心距为0. 3 mm）。 试验所获得的典型信号如图5所示，可见，脱黏
在 32 阵元，16 阵元，8 阵元的聚焦条件下，分别距 信号之间的波形都极为相似，且与界面信号波形差
离硅橡胶表面10，20，30，40，50 mm处进行声场模 距较大；异常高亮信号之间的波形也极为相似，且其
拟，虚拟聚焦点均设置在硅橡胶5 mm深处。得到 波形几乎为界面信号的放大版。
换能器参数、聚焦阵元个数与预设聚焦点处横向 图5中原始信号的噪声较大， 很可能会对信号的
分辨率的关系曲线如图 3 所示。文章试验要求精 互相关性判断造成影响，因此，采用SSA-VMD算法
度为1 mm，为了兼顾计算机性能，故，采用频率为 对10 mm处的界面信号进行模态分解，得到的VMD
10 MHz的相控阵换能器进行8阵元聚焦的线性扫查 分解图和SSA算法适应度曲线分别如图6，7所示。
较为合适。 由图6可知， 原始信号被分解为两个模态，IMF1
2.2 试验装置 模态为噪声的主要存在模态，频率集中在8 MHz，
试验对象为不带伞裙的复合绝缘子试件（直径 IMF2模态为有效信号的主要存在模态，频率集中在
为 34 mm），其硅橡胶护套厚度为 5 mm，在其中埋 2 MHz。
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2025 年 第 47 卷 第 3 期
无损检测