线性调频脉冲压缩方法在空气耦合超声检测中的应用研究

为了提高空气耦合超声检测中的信号强度及其信噪比,研究线性调频脉冲压缩技术在空气耦合超声检测中的应用.介绍线性调频脉冲压缩技术的基本原理及其匹配滤波器的设计与实现,分析脉冲压缩参数对空气耦合超声检测结果的影响,试验研究不同激励方式对空气耦合超声换能器接收信号的影响以及脉冲压缩方法对提高信噪比的实际效果,构建空气耦合超声C扫描检测系统,对碳纤维增强复合材料板进行检测试验.研究结果表明:相对于常规脉冲激励方式,连续波激励方式可提高换能器的能量转换效率,激励信号频率特性与换能器频率特性相一致时效果最佳;应用线性调频脉冲压缩方法后,空气耦合超声检测的信噪比有了明显提高,检测效果得到了明显改善.     

改进的非线性调频脉冲压缩方法在空气耦合超声检测中的应用

为解决空气耦合超声检测中信号微弱、信噪比低的问题,在应用线性调频脉冲压缩方法的基础上,研究非线性调频脉冲压缩方法及改进后的方法在空气耦合超声检测中应用。介绍非线性调频脉冲压缩方法的基本原理,针对超声检测中实际应用的特殊性,分析换能器频带特性对脉冲压缩效果的影响,试验研究改进的非线性脉冲压缩方法对空气耦合超声换能器接收信号的影响以及脉冲压缩方法对提高信噪比的实际效果,通过空气耦合超声C扫描检测系统,对玻璃纤维复合材料试样进行成像检测试验。试验结果表明,改进的非线性调频脉冲压缩方法可有效提高脉冲压缩效果,有利于改善空气耦合超声检测的效果。     

相位编码脉冲压缩方法在空气耦合超声检测信号处理中的应用

由于声波在空气介质中的衰减及气固界面巨大声阻抗差导致空气耦合超声透射信号信噪比差,大大影响检测结果的可靠性及缺陷定量精度。针对上述问题,基于雷达系统相位编码脉冲压缩技术的基本原理讨论匹配滤波器的设计及其在空气耦合超声检测中的实现,分析不同巴克码信号、带宽及载波周期数对脉冲压缩效果的影响,并以玻璃纤维复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)试样为对象,对比用单频正弦及相位编码脉冲压缩方法获得的透射超声信号信噪比及C扫描缺陷定量精度。试验结果表明选择换能器中心频率作为13位巴克码信号带宽时,脉冲压缩信号主瓣脉宽最小、幅值最大;相位编码脉冲压缩后超声信号信噪比较单频信号提高了12.4 dB,缺陷边缘更清晰且定量精度较单频信号提高了12%。说明在空气耦合超声检测中采用相位编码脉冲压缩技术能显著提高接收信号信噪比及缺陷定量精度。     

电磁超声接收系统的设计与实现

提出了一种由正交矢量锁相发大器为核心构成的电磁超声接收系统,该系统针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低,噪声干扰大的现状,以及锁相放大在提取噪声中微弱信号方面的优异性能,采用模拟与数字相结合的方式完成整个接收系统的设计.在该方案中,整个接收电路围绕由平衡调制解调器AD630构成的相敏检波器(PLD)展开,分别设计了信号通道、参考信道和相关器电路,并给出了相关的电路设计图.最后通过实验对比验证,证明该系统可以从噪声中提取出微弱的检测信号,且消噪效果明显,提高了信噪比.     

空气耦合超声信号的小波阈值滤噪试验研究

穿透式空气耦合超声检测中,由于较低声波透射率、激励接收系统噪声及声波在介质中的散射噪声导致接收信号信噪比较低,小波阈值滤噪技术在解决上述问题时面临小波基、分解层数及阈值函数的选取难题。基于小波分析的基本原理,以单因素分析方法开展小波阈值滤噪试验研究。选择不同小波族(Daubechies,Symlet和Coiflet)中的小波基、小波分解层数(4～8层)及阈值函数(软阈值及改进阈值函数)对实际含噪超声信号进行小波阈值滤噪处理,并通过对比滤噪信号的信噪比及频谱特性得出不同参数对滤噪效果的影响。结果表明,选择Coiflet小波族中的小波基能获得具有更高信噪比及透射信号幅值的滤噪信号;分解层数越高,滤噪信号的信噪比越高,但增长趋势渐趋稳定;阈值函数对滤噪性能的影响并不十分显著,一般采用软阈值函数或改进阈值函数就能获得良好滤噪效果。     

基于PCI总线的超声检测虚拟仪器系统设计

为了实现超声检测的数字化、智能化、图像化以及自动化,开发了一种基于PCI总线的超声检测虚拟仪器系统.系统以计算机为核心,利用FPGA强大逻辑处理能力,PCI总线高速数据传输功能,实现了超声检测信号的发射接收,采集处理,数据存储、显示和输出,并运用小波变换对超声信号进行了降噪处理.实验结果表明,小波变换对超声信号具有良好的滤波效果,该系统具有数据传输速度快,信噪比高、性价比高等优点,为缺陷信号的准确定量和定性分析奠定了良好的基础.     

基于DSP的骨质疏松症定量超声检测技术研究

根据骨质疏松症定量超声关键参数的检测原理,研制单晶片、非聚焦的收发两用超声传感器,采用脉冲透射方法,研究以DSP为核心的定量超声关键参数检测技术,解决超声波信号在骨骼中衰减前后的数据高速采集,以及信号的同步发送与接收问题,利用DSP在线高速处理特点,对采集的波形数据进行数字滤波、FFT变换及互相关处理,实现宽带超声衰减参数BUA和超声传播速度参数SOS的在线检测。通过对人体在体检测,表明该技术能实现人体骨密度超声参数的有效检测。     

增材制件内部缺陷埋藏深度的激光超声定量检测

针对增材制件内部缺陷检测,提出一种内部缺陷埋藏深度的定量检测方法.对用激光超声无损检测技术接收到的信号采用小波包分解技术进行分离并提取信号中的超声纵波,解决了超声表面波和纵波耦合影响时域特征提取的问题.根据检测过程中经过缺陷的纵波声程的变化,实现了精锻试块内部缺陷埋藏深度的定量检测,检测结果的相对误差为1.81％.在原...     

基于锁相放大的蓄电池内阻测量系统的设计与实现

针对交流注入法测量蓄电池内阻信号小、易受噪声干扰精度不高的问题,利用锁相放大技术能够有效抑制系统的噪声,提取关联蓄电池内阻的微小信号。系统采用高精度平衡调制芯片AD630相敏检波功能实现微小信号的锁相放大,利用OP27设计有源四阶滤波器来滤除高频噪声和干扰提高系统检测的信噪比。对三组蓄电池内阻进行测量验证,实验数据表明本系统能够有效提高内阻测量精度。     

自适应滤波在不锈钢超声检测上的应用

介绍了奥氏体不锈钢在超声检测中具有检测难度大,信噪比低的缺点,给出了超声检测系统的软硬件总体构成,包括以计算机为核心,利用FPGA强大逻辑处理能力,实现超声检测信号的发射接收,采集处理,数据存储、显示和输出等。为了有效解决在强噪声背景下提取微弱超声信号的问题,设计了一种易于软硬件实现的基于LMS自适应算法的改进型滤波器。实验结果表明,该滤波器能更有效抑制强噪声,提取有效弱信号,并能进一步提高自适应滤波器的鲁棒性、收敛速度和检测精度。     

基于经验与变分混合分解的超声回波信号噪声消除方法

超声缺陷检测结果易受超声回波信号中复杂噪声的干扰,为了提高超声缺陷检测的准确度,提出一种基于混合分解的 超声回波信号噪声消除方法。 采用经验模态分解算法结合相关系数指标对超声回波信号进行预处理,得到消除低频噪声分量 的超声回波预处理信号。 基于变分模态分解将该预处理信号分解为一系列窄带本征模态函数,引入互信息指标估计变分模态 分解的最优模态数量,并根据窄带本征模态函数与预处理信号的相关系数提取有用的模态分量,实现对超声回波信号去噪结果 的重构。 通过仿真和实测超声回波信号验证了本文方法的去噪性能,并与现有方法进行了对比。 结果表明,本文方法可同时消 除超声回波信号中的高频和低频噪声,在不同信噪比条件下 EMD、VMD 和本文方法去噪结果的 SNR 均值分别为 10. 01、9. 48 和 16. 09 dB,验证了本文方法对于超声回波信号噪声消除的优越性。     

Noise cancellation of ultrasonic NDE signals using blind source separation

This paper proposes a new denoising method for ultrasonic NDE (nondestructive evaluation) signals using blind separation (BSS) technology. The proposed denoising method consists of four steps. First, a reconstructed phase space (RPS) is constructed from observed ultrasonic NDE signals. The information about the underlying sources (e.g., ultrasonic signal, noise, etc.) acting on this system is contained in this RPS. Second, independent component analysis (ICA) is performed on the RPS to recover all sources underlying the RPS. Next, the ultrasonic signal component is selected by a decision criterion related to the denoising application and, finally, is reconstructed to obtain the denoised ultrasonic signal. To validate the proposed method, it has been applied to the experimental ultrasonic NDE signals of the test sample and is compared with the wavelet denoising method in SNR (signal-to-noise ratio) enhancement. The experimental results show that the SNR of the ultrasonic NDE signals can be enhanced greatly using the proposed denoising method and the proposed method has almost the same denoising performance as the wavelet denoising method in SNR enhancement. A trait of the proposed denoising method is the ability to denoise ultrasonic NDE signals by separating the ultrasonic signal and noise using blind source separation technology. The text was submitted by the authors in English.     

基于Lyapunov指数的超声导波检测技术

为了提高超声导波的检测灵敏度,提出了一种基于杜芬方程Lyapunov指数特性的超声导波识别方法,该方法利用了杜芬方程对系统参数的敏感性及其对噪声信号的免疫特性。首先,分析了杜芬方程检测导波信号的数学原理;其次,讨论了如何设定检测系统参数,给出了可用于检测导波信号的杜芬系统;最后,通过分析比较噪声和导波信号对Lyapunov指数的不同影响,证明了该方法识别强噪声下弱超声导波的有效性。数值算例表明,通过合理设置杜芬方程参数使系统处于混沌状态,当输入导波信号和混有噪声的导波信号时,系统由混沌状态转变为极限环运动,利用杜芬系统状态改变可实现对强噪声下弱超声导波的识别,该方法可有效延长超声导波的检测范围和提高检测小缺陷的灵敏度。     

Detection of solder bump defects on a flip chip using vibration analysis

Flip chips are widely used in microelectronics packaging owing to the high demand of integration in IC fabrication. Solder bump defects on flip chips are difficult to detect, because the solder bumps are obscured by the chip and substrate. In this paper a nondestructive detection method combining ultrasonic excitation with vibration analysis is presented for detecting missing solder bumps, which is a typical defect in flip chip packaging. The flip chip analytical model is revised by considering the influence of spring mass on mechanical energy of the system. This revised model is then applied to estimate the flip chip resonance frequencies. We use an integrated signal generator and power amplifier together with an air-coupled ultrasonic transducer to excite the flip chips. The vibrations are measured by a laser scanning vibrometer to detect the resonance frequencies. A sensitivity coefficient is proposed to select the sensitive resonance frequency order for defect detection. Finite element simulation is also implemented for further investigation. The results of analytical computation, experiment, and simulation prove the efficacy of the revised flip chip analytical model and verify the effectiveness of this detection method. Therefore, it may provide a guide for the improvement and innovation of the flip chip on-line inspection systems.     

Adaptive instruments for ultrasonic nondestructive testing of large objects with complex structures

An ultrasonic multifunctional adaptive measuring complex, which is built on the basis of a personal computer and algorithmically generates various simple and complexly modulated probing signals, is described. This system implements various radio-engineering algorithms for processing echo signals (storage, optimal filtering, synchronous detection, etc.) and provides adaptation of the signal parameters to the characteristics of inspected objects. Using the example of a frequency-modulated signal, it is shown that an adaptive measuring complex can increase the testing reliability and provide high sensitivity and high resolution owing to both the adaptive adjustment of the parameters of a probing signal and the compensation for distortions in the received signal in the electroacoustic path.     

阵列解析式超声聚焦换能器研制及空间感测分析方法研究

传统的超声聚焦换能器大都采用单一的压电感测元件作为接收源,接收信号为作用于压电材料上的反射声场积分结果,无法反映反射声场的空间分布特性。采用激励与接收相分离的方式,研制一种新型阵列解析式超声聚焦换能器,利用多个感测元件为接收单元,通过一套基于FPGA技术的高速超声检测系统,实现了对被测试件反射声场的空间分布信号的采集和分析。阐述阵列解析式超声换能器的设计与制作方法,对换能器的多个感测元件的激励响应特性进行标定,利用该换能器的阵列感测元件的空间分布特性,对多角度声场感测信号进行分析和处理。以阶梯试件的台阶高度为测试对象开展空间感测声场测试方法分析试验研究,达到预期效果,为不规则裂缝缺陷检测奠定了基础。     

基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统

针对单脉冲回拨方式的超声测距方法存在抗干扰能力差和不能全方位检测环境信息等缺陷,开发了一种多传感器测距系统。该多传感器超声测距系统基于伪随机序列自相关原理,通过对发射信号和回波信号进行相关运算精确的捕捉其相位差来计算渡越时间。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件,结合超声回波的特点设计了能抑制和隔离电路中噪声的回波微弱信号接收电路、多路模数转换电路和相应的软件系统;提出了适用于该系统的误差校正方法。FPGA仿真结果表明,在误码存在的情况下,设计的基于自相关的回波信号识别系统可以很准确的消除超声串扰和计算出渡越时间。