[发明专利]基于线性调频技术的焊缝缺陷超声TOFD检测方法

摘要

基于线性调频技术的焊缝缺陷超声TOFD检测方法，它涉及一种焊缝缺陷超声检测方法。该方法解决目前大厚度焊接结构超声检测中信号传播距离与分辨率之间相互矛盾的问题。所述方法包括以下步骤：数字信号发生器产生宽带LFM脉冲信号，宽带LFM脉冲信号通过线性功率放大器放大以具备相应的能量来激励超声波发射探头；超声波发射探头受激励后产生受迫振动，向试件中辐射超声波；当控制计算机执行采集命令时，接收探头在相应位置接收检测信号，检测信号的接收是由宽带信号采集卡完成；计算机对接收信号进行匹配滤波处理，从而得到脉冲压缩信号，根据信号中各波形的到达时间，根据公式可计算出缺陷的埋藏深度。本发明用于检测焊缝缺陷。

主权项

1.一种基于线性调频技术的焊缝缺陷超声TOFD检测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：步骤一、超声波发射探头和接收探头对称分布在被检测位置的两侧，首选数字信号发生器产生宽带LFM脉冲信号，同时产生同步触发信号激励宽带信号接收器，宽带LFM脉冲信号通过线性功率放大器放大以具备相应的能量来激励超声波发射探头；LFM脉冲信号由数字法产生，线性调频信号的数学表达式为s(t)＝Arect(t/T)cos(2πf_ct±Kπt²)|t|≤T/2         (3)式中A为信号幅度，f_c为载波频率，K＝B/T为信号瞬时频率的变化斜率，即调频斜率，B为信号带宽，T是脉冲宽度，rect(t/T)为矩形信号，且rect(tT)=1,|tT|≤120,elsewise---(4)]]>于是，信号的瞬时频率f为f=d(fct±K2t2)dt=d(fct±B2Tt2)dt=fc±BTt]]>-T2≤t≤T2---(5)]]>将激励信号s(t)用复数形式表示为s~(t)=Arect(t/T)ej(2πfct±Kπt2)---(6)]]>对LFM脉冲信号进行频谱分析，即对信号进行傅立叶变换，则S~(f)=∫-∞∞s~(t)e-j2πftdt=A∫-T/2T/2ej[2π(fc-f)t+Kπt2]dt---(7)]]>经分析整理，当时宽-带宽积很大时，LFM脉冲信号的频谱函数可表示为S~(f)=AT/Bej[-πT(f-fc)2B+π4]|f-fc|≤B/20|f-fc|>B/2---(8);]]>步骤二、超声波发射探头受激励后产生受迫振动，向试件中辐射超声波；步骤三、当控制计算机执行采集命令时，接收探头在相应位置接收检测信号，检测信号的接收是由宽带信号采集卡完成；步骤四、计算机对接收信号进行匹配滤波处理，从而得到脉冲压缩信号，根据信号中各波形的到达时间，根据公式(1)可计算出缺陷的埋藏深度。线性调频脉冲信号的匹配滤波，线性系统的输出信号的频谱是输入信号的频谱和接收系统的频率响应H(f)的乘积S~out(f)=S~(f)H(f)---(9)]]>则输出信号可表示为s~out(t)=∫-∞∞S~(f)H(f)ej2πftdf---(10)]]>当接收系统的频率响应函数满足H(f)=kS~*(f)e-j2πft0---(11)]]>为频谱的共轭值，k为滤波器的增益常数，此时输入输出信号噪声比达到最大值，即H(f)=k|S~(f)|e-jφ~(f)e-j2πft0=k|S~(f)|e-j[φ~(f)+2πft0]---(12)]]>归一化H(f)的振幅，可得LFM脉冲信号的匹配滤波器的频响函数为H(f)=ej[πT(f-fc)2Bπ4-2πft0]|f-fc|≤B/20|f-fc|>B/2---(13)]]>由式(8)、(9)及(13)可得LFM脉冲信号匹配滤波器的输出复数信号的频谱为S~out(f)=S~(f)H(f)=ATBe-j2πft0]]>|f-f_c|≤B/2          (14)对进行傅立叶逆变换，即为匹配滤波器输出的复信号经整理得，s~out(t)=∫-∞∞S~out(f)ej2πftdf=∫fc-B/2fc+B/2ATBej2πf(t-t0)df]]>                                          (15)=ABTsin[πB(t-t0)]πB(t-t0)ej2πfc(t-t0)]]>则的实部为匹配滤波器输出的实信号即脉冲压缩信号sout(t)=ABTsin[πB(t-t0)]πB(t-t0)cos[2πfc(t-t0)]---(16).]]>