基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷定量检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109900805A(43)申请公布日2019.06.18(21)申请号201910277943.1(22)申请日2019.04.08(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市高新园区凌工路2号(72)发明人林莉孙旭金士杰(74)专利代理机构大连星海专利事务所有限公司21208代理人花向阳杨翠翠(51)Int.Cl.G01N29/06(2006.01)权利要求书3页说明书4页附图4页(54)发明名称基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷定量检测方法(57)摘要一种基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷定量检测方法，属于无损检测技术领域。该方法采用TOFD超声检测仪、TOFD探头、楔块及扫查装置构成的测试系统。对TOFD检测中近表面区域进行扫查，对采集到的混叠时域信号进行处理，建立稀疏反演模型。考虑反射序列稀疏与可分解特性，在频域中建立TOFD盲区检测的目标函数。选取高信噪比部分频谱数据进行反演，实现直通波、缺陷上端点及下端点衍射波混叠信号的分离。根据反演结果，直接读取直通波与缺陷上端点、下端点衍射波声程差，确定近表面盲区内缺陷埋深与高度。与其他近表面缺陷检测方法相比，该方法可分离多个混叠信号，能实现近表面盲区内缺陷的深度和高度同时测量，且对硬件系统无额外要求，具有较好的工程应用价值。CN109900805ACN109900805A权利要求书1/3页1.一种基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷定量检测方法，该方法采用一套包括TOFD超声检测仪、TOFD探头、有机玻璃楔块及扫查装置构成的超声测试系统，其特征是：针对TOFD检测中近表面混叠时域信号建立稀疏反演模型，考虑反射序列稀疏与可分解特性，在频域中建立TOFD盲区检测的目标函数；选取高信噪比部分频谱数据进行反演，分离直通波、缺陷上端点及下端点衍射波；读取直通波与缺陷上端点、下端点衍射波声程差，进而确定近表面盲区内缺陷的埋深与高度，所述方法采用如下步骤：(1)TOFD检测参数确定根据被检工件情况选取合适的TOFD检测参数，主要包括TOFD探头频率、楔块斜楔角、探头中心间距、采样频率及扫查步进；(2)混叠信号采集采用步骤(1)中确定的TOFD检测参数，读取直通波脉冲宽度，根据公式(1)计算近表面盲区深度其中，tp为直通波脉冲宽度，cl为纵波声速，S为探头中心间距的一半；控制TOFD探头对近表面缺陷进行扫查，获得B扫查图像并导出，提取图像抛物线顶点处的A扫描信号；(3)混叠信号频域稀疏反演发射探头发射超声信号w(t)进入被检结构，将接收信号s(t)模型化为w(t)与反射序列r(t)的卷积过程s(t)＝w(t)*r(t)+n(t)(2)式中，*表示卷积，n(t)表示噪声；式(2)在频域的表示形式为S(ω)＝W(ω)R(ω)+N(ω)(3)式中，S(ω)、R(ω)、W(ω)和N(ω)分别是s(t)、r(t)、w(t)和n(t)的傅里叶变换；将反射序列表达为维纳滤波形式式中，W*表示W的共轭，Q表示噪声因子，通常取Q＝max(0.01(W(ω)2))；假设反射序列r(t)的每一个点存在一个反射系数值，点数为N，时间采样间隔为Δt，取序列中心点t0为时间零点，则反射序列表示为：式中，ri为t时刻对应的反射系数值，Ti为第i个与第N-i+1点之间的时间间隔；进一步考虑反射序列可分解特性，将反射系数做奇偶分解r(t)＝ro(t)+re(t)(6)式中，ro(t)＝[r(t)-r(-t)]/2为奇分量，re(t)＝[r(t)+r(-t)]/2为偶分量；对式(5)做Fourier变换，根据脉冲函数δ(t)性质和欧拉公式，并考虑式(6)整理得2CN109900805A权利要求书2/3页进一步结合式(4)和式(7)，建立频率域反演目标函数Obj为式(8)中的αo与αe分别表示奇分量与偶分量的权重；为方便数值计算，将反演目标函数等价为矩阵形式式中，Ro、Re分别表示待反演的反射系数奇分量与偶分量，Re[]、Im[]分别表示实部和虚部，各元素具体表示形式如下记mi,k＝2πωitk，ni＝2πωiΔω；简记式(9)写作，Ax＝B(10)式中，A为信号频谱信息的系数矩阵，B中包含观测信号频域信息，x表示待反演量；进一步考虑反射序列的稀疏特性，对待反演量施加L1范数约束，对误差项施加L2范数约束，将反射序列恢复问题转换为无约束最优解问题，定义待反演量x的反演结果为xinversion3CN109900805A权利要求书3/3页式中，μ是控制解稀疏度的正则化参数，符号argmin{}表示使得{}里面函数取得其最小值；(4)缺陷深度与高度定量通过求解步骤(3)中建立的反演模型，选取高信噪比部分频谱数据作为反演输入，实现混叠直通波、