超声波探伤中对缺陷类型的判别方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010201529.5 (22)申请日 2020.03.20 (71)申请人 福建省锅炉压力容器检验研究院 地址 350000 福建省福州市仓山区卢滨路 370号 (72)发明人 陈小韩汪建光陈世旺叶振华 谢小明黄晓芝叶飞飞 (74)专利代理机构 福州旭辰知识产权代理事务 所(普通合伙) 35233 代理人 程春宝 (51)Int.Cl. G01N 29/04(2006.01) G01N 29/44(2006.01) (54)发明名称 一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法 。

2、(57)摘要 本发明提供了一种超声波探伤中对缺陷类 型的判别方法， 所述判别方法为设置已知缺陷类 型的波形特征向量模板， 通过超声波探伤检测仪 器获取工件的波形信号， 根据波形的特点， 提取 波形信号特征， 将波形信号特征中的波形向量与 波形特征向量模板进行波形匹配； 匹配后得到工 件焊缝的缺陷类型， 本发明能对缺陷类型进行快 速判别， 且识别率高。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 111272879 A 2020.06.12 CN 111272879 A 1.一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 其特征在于： 所述判别方法为设置已知 缺陷类型的波形特征向量模板， 通过超声波探伤。

3、检测仪器获取工件的波形信号， 根据波形 的特点， 提取波形信号特征， 将波形信号特征中的波形向量与波形特征向量模板进行波形 匹配； 匹配后得到工件焊缝的缺陷类型。 2.根据权利要求1所述的一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 其特征在于： 所述 设置已知缺陷类型的波形特征向量模板具体为： 所述超声波探伤的过程中， 不同缺陷类型 的波形信息不同， 同种缺陷其波形特征相同， 根据这特点来判断识别缺陷类型， 对于不同缺 陷类型的数据波形用一个含有n个参数的向量M=m1， m2， m3， m4mn-1， mn来表示， 将不 同的缺陷类型的波形特征向量集合在一起形成一个波形特征向量模板， 即波形特征向。

4、量模 板中含有多个向量M。 3.根据权利要求1所述的一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 其特征在于： 不同 的缺陷类型在不同的位置间隔下的幅值的变化不一样， 则设置元素 xi为波形某点的幅值， 对获取的波形 X 做如下处理： 令向量P=x1， x2， x3， x4xn-1， xn/max(xi)=P1， P2， P3， P4Pn-1， Pn； 将波形信号特征中的波形向量与波形特征向量模板进行波形匹配时， 必须确保获取的 波形X的起始位置和终止位置与波形特征向量模板中对波形向量化处理的起始位置和终止 位置相同， 则定义输入波形向量 X 与波形特征向量模板Mi之间的距离Di， Di= (Mi-。

5、 Pi)； 比较 Di的值， 取 Di的最小值， 此时 i 即为输入波形X所对应的数字， 即将输入波形向 量 X与多个向量M中的第i个进行波形匹配； 从而匹配后得到工件焊缝的缺陷类型。 4.根据权利要求1所述的一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 其特征在于： 所述 超声波探伤检测仪器包括上壳体和下壳体， 所述上壳体和下壳体内设置有带有单片机的电 路板， 所述电路板上设置有超声波检测模块和数据采集模块， 所述超声波检测模块包括超 声波发射电路、 探头、 超声波接收电路、 高频放大电路、 带通滤波器， 所述超声波发射电路经 探头与超声波接收电路连接， 所述超声波接收电路分别与单片机和高频放大电。

6、路连接， 所 述高频放大电路分别与单片机和带通滤波器连接， 所述带通滤波器与单片机连接； 所述数 据采集模块包括A/D转换芯片、 数据存储器、 以及EPLD芯片， 所述带通滤波器与所述A/D转换 芯片连接， 所述A/D转换芯片与所述数据存储器连接， 所述数据存储器与所述单片机连接， 所述EPLD芯片分别与数据存储器和A/D转换芯片连接。 5.根据权利要求4所述的一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 其特征在于： 所述 检测仪器还包括液晶显示器和键盘模块， 所述液晶显示器与所述单片机连接， 所述键盘模 块与所述EPLD芯片连接。 6.根据权利要求4所述的一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 。

7、其特征在于： 所述 单片机连接有一外接端口， 所述外接端口连接有电源模块和上位计算机。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111272879 A 2 一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法 技术领域 0001 本发明涉及锅炉检测技术领域， 特别是一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方 法。 背景技术 0002 超声检测技术是无损检测领域中的一种非常重要的方法， 一直广泛地应用于在线 质量控制等安全监测之中。 0003 常规超声检测使用的超声波探伤仪只能提供回波信号时域方面的信息， 对于缺陷 性质的评定更多地依赖于检测人员的技术和经验， 致使缺陷定性的可靠性受到限制。 关于 缺陷的机器识别， 现有缺陷。

8、评定方法有： 神经网络、 模糊数学、 谱分析、 多元统计分析等。 现 有的评定方法存在如下缺点： 操作比较复杂或者识别率比较低。 发明内容 0004 为克服上述问题， 本发明的目的是提供一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方 法， 能对缺陷类型进行快速判别， 且识别率高。 0005 本发明采用以下方案实现： 一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 所述判别 方法为设置已知缺陷类型的波形特征向量模板， 通过超声波探伤检测仪器获取工件的波形 信号， 根据波形的特点， 提取波形信号特征， 将波形信号特征中的波形向量与波形特征向量 模板进行波形匹配； 匹配后得到工件焊缝的缺陷类型。 0006 进一步的， 。

9、所述设置已知缺陷类型的波形特征向量模板具体为： 所述超声波探伤 的过程中， 不同缺陷类型的波形信息不同， 同种缺陷其波形特征相同， 根据这特点来判断识 别缺陷类型， 对于不同缺陷类型的数据波形用一个含有n个参数的向量M=m1， m2， m3， m4mn-1， mn来表示， 将不同的缺陷类型的波形特征向量集合在一起形成一个波形特征 向量模板， 即波形特征向量模板中含有多个向量M。 0007 进一步的， 不同的缺陷类型在不同的位置间隔下的幅值的变化不一样， 则设置元 素 xi为波形某点的幅值， 对获取的波形 X 做如下处理： 令向量P=x1， x2， x3， x4xn-1， xn/max(xi)=。

10、P1， P2， P3， P4Pn-1， Pn； 将波形信号特征中的波形向量与波形特征向量模板进行波形匹配时， 必须确保获取的 波形X的起始位置和终止位置与波形特征向量模板中对波形向量化处理的起始位置和终止 位置相同， 则定义输入波形向量 X 与波形特征向量模板Mi之间的距离Di， Di= (Mi- Pi)； 比较 Di的值， 取 Di的最小值， 此时 i 即为输入波形X所对应的数字， 即将输入波形向 量 X与多个向量M中的第i个进行波形匹配； 从而匹配后得到工件焊缝的缺陷类型。 0008 进一步的， 所述超声波探伤检测仪器包括上壳体和下壳体， 所述上壳体和下壳体 内设置有带有单片机的电路板， 。

11、所述电路板上设置有超声波检测模块和数据采集模块， 所 述超声波检测模块包括超声波发射电路、 探头、 超声波接收电路、 高频放大电路、 带通滤波 器， 所述超声波发射电路经探头与超声波接收电路连接， 所述超声波接收电路分别与单片 说明书 1/3 页 3 CN 111272879 A 3 机和高频放大电路连接， 所述高频放大电路分别与单片机和带通滤波器连接， 所述带通滤 波器与单片机连接； 所述数据采集模块包括A/D转换芯片、 数据存储器、 以及EPLD芯片， 所述 带通滤波器与所述A/D转换芯片连接， 所述A/D转换芯片与所述数据存储器连接， 所述数据 存储器与所述单片机连接， 所述EPLD芯片。

12、分别与数据存储器和A/D转换芯片连接。 0009 进一步的， 所述检测仪器还包括液晶显示器和键盘模块， 所述液晶显示器与所述 单片机连接， 所述键盘模块与所述EPLD芯片连接。 0010 进一步的， 所述单片机连接有一外接端口， 所述外接端口连接有电源模块和上位 计算机。 0011 本发明的有益效果在于： 本发明通过超声波探伤检测仪器获取工件的波形信号， 对波形进行处理， 提取波形特征， 并建立已知缺陷类型的波形特征向量模板来形成知识库 并封装， 将波形信号特征中的波形向量与波形特征向量模板进行波形匹配； 能对缺陷类型 进行快速判别， 且识别率高。 附图说明 0012 图1是本发明的方法流程示。

13、意图。 0013 图2是本发明的超声波探伤检测仪器的结构示意图。 具体实施方式 0014 下面结合附图对本发明做进一步说明。 0015 请参阅图1和图2所示， 本发明的一种超声波探伤中对缺陷类型的判别方法， 所述 判别方法为设置已知缺陷类型的波形特征向量模板， 通过超声波探伤检测仪器获取工件的 波形信号， 根据波形的特点， 提取波形信号特征， 将波形信号特征中的波形向量与波形特征 向量模板进行波形匹配； 匹配后得到工件焊缝的缺陷类型。 0016 其中， 所述设置已知缺陷类型的波形特征向量模板具体为： 所述超声波探伤的过 程中， 不同缺陷类型的波形信息不同， 同种缺陷其波形特征相同， 根据这特点。

14、来判断识别缺 陷类型， 对于不同缺陷类型的数据波形用一个含有n个参数的向量M=m1， m2， m3， m4mn- 1， mn来表示， 将不同的缺陷类型的波形特征向量集合在一起形成一个波形特征向量模板， 即波形特征向量模板中含有多个向量M。 0017 由于不同的缺陷类型在不同的位置间隔下的幅值的变化不一样， 则设置元素 xi 为波形某点的幅值， 对获取的波形向量X 做如下处理： 令向量P=x1， x2， x3， x4xn-1， xn/max(xi)=P1， P2， P3， P4Pn-1， Pn； 将波形信号特征中的波形向量与波形特征向量模板进行波形匹配时， 必须确保获取的 波形X的起始位置和终止。

15、位置与波形特征向量模板中对波形向量化处理的起始位置和终止 位置相同， 则定义输入波形向量 X 与波形特征向量模板Mi之间的距离Di， Di= (Mi- Pi)； 比较 Di的值， 取 Di的最小值， 此时 i 即为输入波形向量X所对应的数字， 即将输入波 形向量 X与多个向量M中的第i个进行波形匹配； 从而匹配后得到工件焊缝的缺陷类型。 0018 在本发明中， 所述超声波探伤检测仪器包括上壳体和下壳体， 所述上壳体和下壳 体内设置有带有单片机1的电路板， 所述电路板上设置有超声波检测模块2和数据采集模块 3， 所述超声波检测模块2包括超声波发射电路21、 探头22、 超声波接收电路23、 高频。

16、放大电 说明书 2/3 页 4 CN 111272879 A 4 路24、 带通滤波器25， 所述超声波发射电路21经探头22与超声波接收电路23连接， 所述超声 波接收电路23分别与单片机1和高频放大电路24连接， 所述高频放大电路24分别与单片机1 和带通滤波器25连接， 所述带通滤波器25与单片机1连接； 所述数据采集模块3包括A/D转换 芯片31、 数据存储器32、 以及EPLD芯片33， 所述带通滤波器25与所述A/D转换芯片31连接， 所 述A/D转换芯片31与所述数据存储器32连接， 所述数据存储器32与所述单片机1连接， 所述 EPLD芯片33 （即可擦除可编程逻辑器件EPLD。

17、） 分别与数据存储器32和A/D转换芯片31连接。 其中， 超声波发射电路21、 超声波接收电路23、 高频放大电路24、 带通滤波器25已经是现有 技术， 在此不进行详细说明该电机的具体结构； 所述单片机型号为STM32系列单片机。 所述 带通滤波器型号为BPF系列带通滤波器。 所述探头型号为JC-1400超声波探头。 0019 其中， 所述检测仪器还包括液晶显示器4和键盘模块5， 所述液晶显示器4与所述单 片机1连接， 所述键盘模块5与所述EPLD芯片连接。 即能将探头进行检测的情况通过液晶显 示器4进行显示， 键盘模块能对检测仪器进行操作。 0020 另外， 在本发明中， 所述单片机连接。

18、有一外接端口6， 所述外接端口连接有电源模 块7和上位计算机8。 该电源模块能为检测仪器提供电源， 且将检测仪器与上位计算机8连接 后， 通过上位计算机也能控制检测仪器的操作， 从而使得使用者能更好地进行人机互动， 操 作性强。 0021 本发明超声波探伤检测仪器工作原理如下： 检测仪器开启， 超声波检测模块中的 超声波发射电路产生高压激励脉冲信号， 激励探头产生一定中心频率的高频声波 （由单片 机控制EPLD芯片提供给发射电路低压可调脉宽的激励信号， 再由超声波发射电路将其转换 为高压的窄脉冲超声波激励信号， 其脉冲宽度可调） 。 高频超声波在工件的两个端面以及内 部缺陷等不均匀处均会产生反。

19、射。 反射的超声波回波信号 （即波形信号） ， 经探头中的压电 晶片转换为电压信号， 再经超声波接收电路、 高频放大电路的信号放大， 再通过带通滤波器 进行滤波处理后 （以滤除现场无关的电磁干扰） 送到数据采集模块中数据存储器进行数据 采样， 并存储。 0022 这里需要说明的是： 在实际的超声波探伤过程中， 单个数字波形识别意义不是很 大， 为了为缺陷类型的识别一般采取动态波形识别。 实际上可以看得出动态波形是其单个 成员数字波形的组合。 为了把单个波形提取出来， 必须引入另一个参量， 就是数字探伤波形 的时间间隔T。 对数字宽度相等的组合数字而言， 其通过每个数字的时间T 是相同的， 因此在时域上表现为每个数字波形的时间间隔相同。 每个数字波形的时间间隔T 确定并 不能立即进行波形分割， 必须设定一阀值 Ref 作为波形的起始位置 （一般Ref=1 左右） ， 以 T 和 Ref 作为分割参数把单个数字波形切分开来。 切分后的单个数字波形再利用前述 的快速波形特征向量模板匹配进行自动识别。 0023 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰， 皆应属本发明的涵盖范围。 说明书 3/3 页 5 CN 111272879 A 5 图1 图2 说明书附图 1/1 页 6 CN 111272879 A 6 。