一种缺陷量化参数估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种缺陷量化参数估计方法，是一种适用于采用脉冲超声波信号对材 料或结构体内部缺陷检测时，根据少量记录参数建立缺陷脉冲回波模型，并利用模型估计 缺陷位置、大小和形状等量化参数的方法。
【背景技术】
[0002] 利用脉冲超声回波信号进行材料或结构体内部缺陷检测时，缺陷的脉冲回波中包 含有缺陷位置、大小和形状等信息。不同种类的缺陷导致其回波形状存在差异。通过回波 来估计缺陷量化参数是无损检测与评估领域广泛研宄的课题之一。根据资料（卢振坤.参 数化的超声回波模型及其参数估计[D].华南理工大学，2013.)通过建立回波模型并进行 量化参数估计的方法很多。目前比较具有代表性的有基于高斯模型、混合指数模型、双指数 模型、不对称高斯调制模型等。由于其参数设置灵活，参数估计精度高等优点，这些模型被 广泛应用于实际工作中。但是，这些方法也有明显的不足，它们均需要先将回波信号采集并 记录下来，然后再作离线分析。采集数据量大，实时性差，模型相对复杂。特别是在一些多 传感器场合和长时间检测场合，记录的数据量非常大，对基于这些模型的量化参数估计方 法应用受到制约。另外，这些方法一般都有各自的特点，没有一种可用于任何场合的通用方 法。这也是多种方法并存的原因。
[0003] 利用脉冲超声波对物体内部缺陷检测时，由传感器发射超声波信号，当超声波遇 到反射界面时，产生回波，再由传感器接收，经处理后得到反射回波信号。由于超声波照射 到目标体后，目标体可以看作是声波发射二次点源，其位置不同、大小不同、反射界面形状 不同会导致回波在波形上存在较大差异。脉冲超声波可以看作是一类幅值调制信号，由超 声波中心频率为主体的高频信号部分和由目标体调制后的低频包络部分组成。所以，回波 的包络中包含了缺陷的丰富信息，可以用来对缺陷参数进行估计。
[0004] 该发明针对缺陷脉冲回波信号的特点，提出了一种简便的缺陷量化参数估计方 法，即基于四参数建立的不等腰三角形模型技术，并利用模型估计出与缺陷量化参数信息 相关的参量。其目的是用最少的采集数据，更加实时地估计出缺陷量化参数。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对目前基于模型的缺陷脉冲回波信号参数估计方法采集和 记录数据量大、实时性差的问题，提供一种基于四个参数建立的不等腰三角形脉冲超声回 波模型技术，来反映缺陷的位置、大小和形状等量化参数信息。该方法具有简便，采集记录 数据量少、实时性好、计算量小，易于实现的特点。
[0006] 实现本发明的技术方案是，一种缺陷量化参数估计方法，包括如下具体步骤：
[0007] 步骤1，获取检测脉冲回波信号f(t)，经过包络提取方法得到回波包络x(t);
[0008] 步骤2,将包络信号x(t)分两路输出，一路用于起始、结束时刻检测；另一路用于 峰
[0009] 值、峰值到达时刻检测；
[0010] 步骤3,获取包络起始时刻％与包络结束时刻t
[0011] 步骤4,获取包络峰值a和峰值到达时刻tp;
[0012] 步骤5,将参数ts、te、a、tp作为输入参数，建立检测回波信号模型；
[0013] 步骤6,通过模型估计出检测回波参数。
[0014] 其中，步骤1检测脉冲回波信号f(t)为缺陷或目标体脉冲超声检测回波信号，回 波包络x(t)为f(t)中低频轮廓，x(t)多0,且x(t)经过光滑处理，仅有一个极值点。
[0015] 步骤3中包络起始时刻ts为包络X⑴的起始点，ts由阈值控制，即 X(ts)彡b，beR+，b为阈值，可根据实际情况确定；此时，起始点在时域平面上的理想坐标 为（ts，0);包络结束时刻为包络X⑴的终点，16同样由阈值控制，即X(te)彡b，bGR+; 此时，包络终点在时域平面上的理想坐标为（te，0)。
[0016] 步骤4中包络峰值a由峰值检测电路得到，此时对应的时刻为峰值到达时刻tp，在 时域平面上峰值点的坐标为（tp，a)。
[0017] 步骤5中根据三点坐标（ts，0)、（te，0)及（tp，a)可以确定一个三角形模型M，这个 三角形模型只由四个参数确定，即ts，te，tp，a，三角形模型一般为非等腰三角形，其方程为
【主权项】
1. 一种缺陷量化参数估计方法，包括如下具体步骤： 步骤1，获取检测脉冲回波信号f (t)，经过包络提取方法得到回波包络X (t); 步骤2,将包络信号x(t)分两路输出，一路用于起始、结束时刻检测；另一路用于峰值、 峰值到达时刻检测； 步骤3,获取包络起始时刻％与包络结束时刻t 步骤4,获取包络峰值a和峰值到达时刻tp; 步骤5,将参数ts、te、a、tp作为输入参数，建立检测回波信号模型； 步骤6,通过模型估计出检测回波参数。
2. 根据权利要求1所述的缺陷量化参数估计方法，其特征是，步骤1所述检测脉冲回 波信号f(t)为缺陷或目标体脉冲超声检测回波信号，回波包络x(t)为f(t)中低频轮廓， x(t)多0,且x(t)经过光滑处理，仅有一个极值点。
3. 根据权利要求1所述的一种缺陷量化参数估计方法，其特征是，步骤3中所述包络 起始时刻ts为包络x(t)的起始点，t s由阈值控制，即x(t s)彡b, b e R+，b为阈值，可根据 实际情况确定；此时，起始点在时域平面上的理想坐标为（ts，0);包络结束时刻t e为包络 x(t)的终点，&同样由阈值控制，即x(te)彡b，b e R+;此时，包络终点在时域平面上的理 想坐标为（te，0)。
4. 根据权利要求1所述的一种缺陷量化参数估计方法，其特征是，步骤4中所述包络峰 值a由峰值检测电路得到，此时对应的时刻为峰值到达时刻t p，在时域平面上峰值点的坐标 为（tp，a) 〇
5. 根据权利要求1所述的一种缺陷量化参数估计方法，其特征是，步骤5中根据三点 坐标（ts，0)、（t e，0)及（tp，a)可以确定一个三角形模型M，这个三角形模型只由四个参数确 定，即t s，te，tp，a，三角形模型一般为非等腰三角形，其方程为
其中
6. 根据权利要求1所述的一种缺陷量化参数估计方法，其特征是，步骤6中可由模型M 估计得到的参数= { Θ i, i = 1，2, "·8}，分别为： (1) Θ i= t s，反映脉冲回波的起始时刻，与缺陷位置相关； (2) Θ 2= t p，反映脉冲回波的峰值到达时刻，与缺陷位置相关； (3) Θ 3= t e，反映脉冲回波的结束点，与缺陷位置和形状相关； (4) Θ 4= a，反映脉冲回波峰值大小，与缺陷大小相关； (5) Θ 5= ku，反映脉冲回波上升速率，与缺陷大小及形状相关； (6) Θ 6= k d，反映脉冲回波下降速率，与缺陷大小及形状相关； (7) Θ 7= t e-ts，反映脉冲回波持续时间，与缺陷大小和形状相关； (8) 爲=^，τ =min{(tp-ts)，（te-tp)}，反映脉冲回波包络带宽，与缺陷大小和形状 相关。
7.根据权利要求1所述的一种缺陷量化参数估计方法，其特征是，步骤1至步骤6中采 用时钟周期为计时单位，从第一次起点ts处开始计时，并在峰值点t p和结束点t ^通过中断 响应记录时刻。
【专利摘要】本发明涉及一种缺陷量化参数估计方法，主要针对材料或结构体内部缺陷，提出一种利用脉冲超声回波进行缺陷参数估计的简明方法。该方法主要特点是采集数据量非常少，超声回波模型简单方便，可由三角形模型确定。利用采集到的少量回波信号数据估计得到与缺陷量化参数相关的波达时刻、回波最大峰值、回波上升速率和下降速率、回波宽度及带宽。可用于无损检测与评估领域中缺陷检测与参数量化等场合。
【IPC分类】G01N29-04, G01N29-44
【公开号】CN104764806
【申请号】CN201510126732
【发明人】宋寿鹏, 邵勇华, 胥保文, 鲍丙豪
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月20日