[发明专利]基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷定量检测方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷检测方法，其属于无损检测技术领域。

背景技术

超声衍射时差法(time of flight diffraction,TOFD)利用缺陷端点衍射波的时间差对缺陷高度与位置进行表征，具有检测精度高、定位准等优点，但近表面盲区始终是该技术的局限之一。信号纵向分辨率不足，直通波与缺陷端点衍射波之间发生混叠，是形成近表面盲区的根本原因。当TOFD检测盲区内存在缺陷时，接收信号由直通波、缺陷上端及下端衍射波混叠而成且混叠程度严重。分离混叠信号，提高信号时间分辨率，对于确定近表面盲区内缺陷的高度与位置至关重要。

针对TOFD近表面缺陷检测问题，通过调整检测参数，如增大探头中心频率，减小探头中心距(probe center spacing,PCS)，能够缩减盲区范围，有利于近表面缺陷检出。在信号后处理研究方面，可基于频谱分析、Hilbert变换及自回归谱外推等方法提高信号时间分辨率。其中，针对直通波与缺陷上端点衍射波混叠问题，基于频谱分析可实现埋深5.0mm的底面开口槽定位。基于经验模态分解与Hilbert变换相结合的方法，可实现埋深3.0mm、高度2.5mm缺陷的定量检测，定量误差为0.2mm。基于维纳滤波与自回归谱外推结合的解卷积算法，对缺陷上端点衍射波与直通波混叠或缺陷上、下端点衍射波两者混叠问题进行处理，利用频域中高信噪比频谱信息，扩展有效频带宽度，达到时间分辨率提高的目的。现有方法未同时考虑信号的时域与频域特征，时间分辨率提升有限，对多个混叠信号处理效果不佳，难以解决盲区内缺陷定量检测问题。

发明内容

本发明目的是提供一种基于频域稀疏反演的TOFD盲区内缺陷定量检测方法，解耦混叠的直通波与缺陷上下端点衍射波，实现TOFD近表面区域内的缺陷检测。对采集的信号进行频域稀疏反演，获得高分辨率的时间序列，根据反演结果读取时间差，确定近表面盲区内缺陷的埋深和高度。

本发明采用的技术方案是：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(Probe Center Spacing,PCS)、采样频率及扫查步进等；

(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，t_p为直通波脉冲宽度，c_l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；