數字超聲檢測中噪聲處理的研究
高教高職研究
作者：王子瑜
摘 要： 噪聲是數字超聲檢測的主要障礙。本文建立了數字超聲係統物理模型，對不同類型噪聲采用了不同的技術處理方法，主要介紹了信號平均技術和自適應濾波技術。
關鍵詞： 數字超聲係統 噪聲 處理方法
1.概述
超聲無損檢測中，特別是在檢測粗晶材料的過程中，由於缺陷信號被噪聲汙染，甚至淹沒，直接從噪聲中區分缺陷信號十分困難。傳統上人們采用改善工藝和探頭提高缺陷的檢出率，但是這些方法有一定局限性，所以人們把更多的精力花在超聲信號的處理上。
數字超聲檢測中噪聲可以分為聲學噪聲和非聲學噪聲。
非聲學噪聲主要包括電子電路噪聲、振鈴噪聲和脈衝噪聲等。這裏主要討論電子電路噪聲（簡稱電噪聲）。電噪聲源於儀器電路中的隨機擾動，比如電路中元器件的電子熱運動，半導體器件中載流子的不規則運動等。電噪聲是一種連續型隨機變量，即在某一時刻出現各種可能數值。
聲學噪聲主要是材料噪聲，一般是指材料晶界散射引起的微結構噪聲，它的幅度和到達時間是隨機的，往往對缺陷信號造成幹擾，甚至將目標信號完全淹沒。晶界回波不同於電噪聲，它是靜止的、相關的，在掃描過程中，若換能器不動，則不同次采樣中的材料噪聲近乎相同。
2.數字超聲係統物理模型
數字超聲係統的建立現代化的信號處理技術大多數是針對數字信號的。將模擬信號經模數轉換後變成數字信號，就可使用各種各樣的數字信號處理技術對其進行處理。能夠用計算機及軟件技術進行信號處理，是數字超聲係統優於模擬超聲係統之處，使數字係統比模擬係統靈活、適應麵廣，大大提高超聲無損評價的能力，所以近年來受到很大重視。同時數字超聲係統可以解決各種各樣的噪聲的問題。這裏我們建立了一個10MHZ的數字化超聲係統。該係統由探傷儀、數字信號處理器（DSP）、試件和計算機及軟件包組成。
3.對電噪聲的處理
數字超聲係統中的電噪聲，源於儀器電路中的隨機擾動，比如電路中元器件的電子熱運動，半導體器件中載流子的不規則運動等。可認為它們基本屬於具有各態曆經性的廣義平穩隨機過程。它還具有很寬的頻率範圍，有時電噪聲大大降低了微弱超聲信號的信噪比。
電噪聲是一種連續型隨機變量，即在某一時刻可能出現各種可能數值，一般用統計特征量如數學期望、方差表征。
其中p（n）是指概率分布密度。
常見的電噪聲是白噪聲，此時噪聲具有平坦的功率譜密度。一般認為不同次測量得到的噪聲是不相關的，消除這種噪聲可以采用信號平均技術。
4.對材料噪聲的處理
材料噪聲最具代表性的是粗晶奧氏體不鏽鋼的超聲反射信號，此時超聲探傷儀顯示屏上出現大量的草狀回波，微小缺陷回波完全被噪聲淹沒而不易檢測。為了提高噪聲材料的超聲波檢測性，提高信噪比，提高缺陷目標的檢出率。采用雙晶片斜探頭或聚焦探頭可以提高某一深度附近缺陷的檢出能力，但是由於這種方法的局限性，所以人們把更多的精力花在超聲信號的處理上。
4.1對超聲回波信號的分析
用回波信號的特性分析超聲回波信號，可以得出兩個重要的特點：
（1）相近性。對於不同位置的回波信號，波型相近。
（2）相關性。對於同一裝置，同一對象而言，超聲回波信號隨界麵距離的改變隻有強弱的變化，而波型變化不大，換句話說，回波信號之間是密切相關的。
4.2自適應濾波技術
5.結語
本文分析了超聲檢測中遇到的各種噪聲，建立了數字超聲係統物理模型，並對不同噪聲采用不同的方法進行去除，主要介紹利用信號平均技術和自適應濾波技術有效去除電噪聲和材料，並且保持信號的有用分量不受濾波影響。
參考文獻：
[1]盧超，李堅，張維，彭應秋.粗晶材料超聲檢測信號的小波變換去噪方法[J].南昌航空工業學院學報（自然科學版），2002（01）.
[2]羅斌，羅宏建，劉一舟，黃天戍.粗晶材料超聲檢測中的非線性信號處理[J].中國機械工程，2005（03）.
[3]柯常波，陳鐵群.粗晶材料超聲無損檢測信號處理技術發展趨勢[J].物理測試，2006（05）.