基于动态小波指纹技术的储罐底板腐蚀非接触式超声检测方法

摘要

基于动态小波指纹技术的储罐底板腐蚀非接触式超声检测方法，被测试件选取一块面积小于水槽的钢板；被测钢板浸没在透明玻璃水槽中，将水浸非聚焦探头固定在四轴联动扫描平台的移动臂上。确定X方向和Y方向的扫描步长；由计算机对采集到的一组回波信号进行分析处理，绘出其波形的原始时域图。截取其中一段为有效检测区域；利用动态小波指纹技术的小波变换对截取的时域信号进行分解；对降噪后的信号进行连续小波变换得到小波系数矩阵。对得到的矩阵进行归一化处理。将得到的成像时间点和扫描时记录下的该点位置坐标同时写入矩阵，得到C扫描图像。在无需清罐的条件下对储罐底板腐蚀缺陷进行检测，可提高检测效率、降低检测成本。

主权项

基于动态小波指纹技术的储罐底板腐蚀非接触式超声检测方法，其特征在于：该方法是通过以下步骤实现的，1)被测试件选取一块面积小于水槽且厚度在10mm‑16mm之间的钢板，上表面存在腐蚀缺陷，缺陷的最大深度小于板厚；2)被测钢板浸没在透明玻璃水槽中，将水浸非聚焦探头固定在四轴联动扫描平台的移动臂上；计算机控制扫描平台，固定X、Y方向的步进电机不动，只改变Z方向的距离；根据该探头的声学特性及仿真结果，选择探头距钢板上表面的最优液体耦合深度；3)得到最优耦合深度后，固定Z轴不动，采用X‑Y双轴扫描模式，选择的扫描区域为缺陷周围的某一长宽固定范围，确定X方向和Y方向的扫描步长；4)由超声脉冲发射接收仪激发不同能量等级的连续脉冲作为激励信号，数字示波器显示采集到的原始回波信号；步进电机每移动一步，数字示波器会显示一个回波信号的完整波形，将每组波形信号的数据分别编号保存；5)由计算机对采集到的一组回波信号进行分析处理，绘出其波形的原始时域图；截取其中一段为有效检测区域，首先排除上表面多次回波的干扰；6)利用动态小波指纹技术的小波变换对步骤5)中截取的时域信号进行分解，根据时域信号的类型优化所选用的母小波函数和小波函数尺度；采用阈值法对分解信号进行降噪处理，保留大尺度下的全部分解值，对于小尺度下的分解值，将幅值低于阈值的小波系数置为零进行信号重构；7)对降噪后的信号进行连续小波变换得到小波系数矩阵；根据公式(1)计算小波功率谱，已知小波功率谱确定脉冲信号的中心位置，计算如公式(2)所示；通过脉冲信号的中心位置，选择合适的半窗宽x的大小，确定分割窗的宽度(n_c‑x,n_c+x)；利用窗函数截取分解后的小波系数矩阵，得到分离系数矩阵；8)对步骤7)得到的矩阵进行归一化处理，并在不同的时间尺度点做“切片”，切片后的系数矩阵经投影即得到黑白像素表示的动态小波指纹图；记录指纹图中提取的钢板上下表面能量极值点的时间值，计算被测钢板的厚度；9)重复步骤8)，将得到的成像时间点和扫描时记录下的该点位置坐标同时写入矩阵，得到C扫描图像；所述公式(1)为计算小波系数矩阵W(s,n)的小波功率谱，用表示，${\bar{W}}^2\left(n\right)=\frac{1}{J}\underset{j}{\overset{J}{\Sigma }}|W(s_j,n){|}^2---\left(1\right)$当小波功率谱给定时，通过该功率谱图能够确定脉冲信号的中心位置，$n_c=peak\left[{\bar{W}}^2\left(n\right)\right]---\left(2\right)$其中，n_c为脉冲信号的中心位置值，为小波功率谱，s表示尺度值，n表述脉冲信号位置，J表示尺度的最大编号，s_j表示第j个尺度值。