[发明专利]一种超声测厚中的自适应声时计算方法

说明书

本发明一种超声测厚中的自适应声时计算方法属于超声检测技术领域，特别涉及一种超声测厚中的自适应声时计算方法。该方法中，将声时计算转化为系统辨识问题，将相邻的两个脉冲回波分别作为输入信号和期望信号，在迭代过程中使用改进的变步长自适应算法，由输出误差功率的比例、积分和微分形成步长综合控制函数，以减小噪声的影响，更加准确地获得相邻回波信号的脉冲响应序列；然后采用对脉冲响应序列进行分段拟合、一阶求导处理，得到脉冲响应序列极大值位置，由脉冲响应序列极大值的横坐标换算得到超声声时。本发明有效减小了超声测厚中干扰噪声的影响，实现了声时的稳定、高精度计算，使超声测厚的精度得到了显著提高。

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，特别涉及一种超声测厚中的自适应声时计算方法。

背景技术

超声测厚被广泛应用于航空航天等领域关键零部件的壁厚检测。超声测厚主要采用脉冲反射原理。超声探头发射的超声波在被测工件的上下表面间来回反射形成一系列脉冲回波，并被超声探头接收。利用脉冲回波在工件中的传播声时，计算出被测工件厚度。因此，声时计算的准确性是影响测厚精度的关键环节。然而，采集得到的超声回波信号中往往包含着复杂的干扰噪声，同时多次回波信号能量呈逐步衰减趋势，导致超声回波信号的信噪比较低。那么，实现超声回波声时的高精度计算，难度大。

目前，超声回波声时的计算方法主要有阈值法、峰值法和互相关法等等。阈值法通过检测回波幅值第一次超过设定阈值的时间作为声时。峰值法通过测量两个相邻回波幅值达到最大值时的时间差作为声时。互相关法由两个相邻回波互相关系数的最大值的横坐标来得到声时。对于信噪比较低的超声信号，上述传统方法得出的声时会出现较大的计算误差，而且利用同一组回波信号的不同相邻回波得出的声时会出现较大的波动。

2012年，王健在《电子测试》第2期发表文章《超声测厚技术的试验应用与硬件设计》中采用峰值法对声时进行计算，将相邻脉冲回波出现峰值的时间差作为声时。2015年，李慧娟等在《中国测试》第41卷第3期发表文章《相关匹配在超声测厚信号特征提取中的应用》中介绍了一种声时的互相关计算方法，根据相邻回波互相关函数的最大值位置来获得声时。2016年，王子成等在发明专利CN105841645A中发明了一种超声过零点测厚方法，通过检测相邻回波第一次通过零点的时间差作为声时。

然而，上述研究均未提及超声测厚中的自适应声时计算方法。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服现有方法的不足，针对超声测厚中低信噪比超声声时计算精度和稳定性难以保证的问题，发明一种超声测厚中的自适应声时计算方法。该方法基于自适应时间延迟估计原理，在计算过程中采用改进的步长控制策略，可以显著减小噪声干扰；通过对脉冲响应序列进行拟合处理，能够更加精确地确定脉冲响应序列的极大值位置，减小有限采样频率对声时精度的影响，实现超声声时的稳定、高精度计算。

本发明的技术方案是一种超声测厚中的自适应声时计算方法，该方法将声时计算转化为系统辨识问题，将相邻的两个脉冲回波分别作为输入信号和期望信号，在迭代过程中使用改进的变步长自适应算法，由输出误差功率的比例、积分和微分形成步长综合控制函数，以减小噪声的影响，更加准确地获得相邻回波信号的脉冲响应序列；然后采用对脉冲响应序列进行分段拟合、一阶求导处理，得到脉冲响应序列极大值位置，由脉冲响应序列极大值的横坐标换算得到超声声时。方法的具体步骤如下：

第一步，超声回波信号采集和预处理