基于组合自适应滤波器的超声探测直达波消除方法研究

发布时间：2020-08-10 20:46

【摘要】：现代社会生产水平的不断发展,对产品的质量控制提出了更高的要求。作为在产品设计、生产和使用环节都获得了广泛利用的无损检测技术,超声探测检测精度的提升对实现产品质量的控制有很大帮助。超声探测作为能够对物体内部特性进行有效检测的无损检测手段,通过检查接收波时延和幅度,可以得到试件内部缺陷的位置、大小、形状和性质等信息。为了得到更好的检测精度,通常采用线性调频信号代替传统窄脉冲作为发射波信号。但因线性调频信号具有较大的时宽,往往会引入直达波混叠干扰问题。本文对超声探测中的接收信号进行了分析,研究了直达波信号对超声探测结果的影响,并基于超声探测的信道特点,提出了一种组合自适应滤波算法完成直达波的消除。本文的主要工作总结如下:1.基于两个同距接收通道之间直达波成分的高度关联性,设计了一种双组合自适应滤波结构:每个通道的接收信号作为自身滤波器的输入信号,同时作为另一路滤波器的参考信号;选择两路滤波后的误差值作为输出,作为相应通道消除了直达波干扰后的结果。并把上述结构推广到了多接收通道的场景中。2.基于最小均方准则,给出了上述双组合和多组合自适应滤波结构的性能代价函数,并推导出了维纳解和基于LMS算法的滤波系数迭代公式。并通过仿真,验证了算法的可行性。3.参与了实验室钢轨探伤超声实验平台的研制,并使用本文提出的组合自适应滤波器进行了实际场景下的直达波消除实验,取得了较好的效果。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713;TB559
【图文】：

示意图,横波,示意图,质点

0.5MHz-25MHz[17]，正是由于其机械波特性和携带能量大的特点，超声波目前广泛应在无损检测中。2.1.1 超声波的分类超声波有很多种类，可以根据波形在传播过程中单一质点的振动方向与波振动传方向的关系，分为横波、纵波、表面波、兰姆波、扭转波等。横波是质点的振动方向与传播方向垂直的声波，当质点做上下振动的同时横波波向左右扩散。横波的产生是在剪切应力的作用下产生的[18]，剪切应力指的是质点被附质点的运动趋势带动所产生的力的作用[19]，因为物质密度的关系，只有固体介质能够受这种粒子之间力的宏观作用[20]，因此液体和气体介质无法产生横波。固体介质中的个质点按照某个方向振动，带动附近的质点作相同的运动，依次传递下去，使得波在播的过程中所经过的每个质点都会在自己的平衡位置被激发做机械运动，形成了横波断向外的传播。

示意图,纵波,示意图

华南理工大学硕士学位论文纵波的质点振动方向与波的传播方向相同，波形通过形成粒子之间的挤压不断向散，因此纵波在固体、液体和气体等介质中都能传播，它在超声探测中最为常见。因纵波传播能量的作用所发生的形变是拉伸应变，在拉伸应力的作用下，每个质点自己的平衡位置上以同样的振幅和频率振动，并相对延迟地作用于下个质点，于是之间的距离以固定的频率时而变大时而缩小，形成疏密相间的波形。在波的传播过，介质会形成密部和疏部。

示意图,表面波,示意图,纵波

图 2-2 纵波示意图表面波是一种并不会进入介质内部，而是沿介质表面传播的一种波形。在材料表质点的运动轨迹是椭圆，在数学上椭圆振动可以分解为传播方向平行的纵向振播方向垂直的横向振动。表面波可以被看作是横波和纵波的结合波形，因此也体中传播。

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