基于改进Morlet小波的超声回波信号处理

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摘 要：粘结复合材料的超声回波检测信号夹杂了大量的噪声，完全淹没了有用的裂纹缺陷信息，基于时域或频域的分析方法难以判断其是否存在缺陷。在对信号作多尺度分析的基础上，改进了Morlet小波，并基于改进Morlet小波对信号进行了各种分析。当取多个尺度参数时，基于改进Morlet小波变换得到的小波系数都包含有缺陷信号的频率成分，这样便解决了多分辨率分析时多尺度小波系数在分析窄频带缺陷信号时的不足。

关键词：粘结复合材料； 超声回波信号； 多分辨率分析； 改进Morlet小波

0 引 言

在粘结复合材料（如玻璃钢复合材料、碳纤维复合材料等）的压电超声检测研究中，因各个部件制作成型方法的不同，以及超声波在钢和铜中传播速度的快慢差异，导致超声波能量在粘结接触界面衰减很大，绝大部分的超声波没能穿透下面一层的复合材料介质而直接反射回来[1]。但是，缺陷往往发生在表层复合材料介质以下，所以这些在接触界面反射回来的超声波没有携带任何有用的缺陷信息，一旦被探头捕获就成为回波中的噪声[2]。这样一来，回波信号中绝大部分都是与缺陷信号无关的噪声。

目前国内外超声检测仪器对这类超声回波的缺陷识别多采用硬件鉴幅或鉴相的方式实现[34]。但是，当噪声幅值完全淹没有用信号时，此类方法的可靠性大大降低甚至无法满足要求。所以，在超声回波信号处理上，要解决的就是上述信噪比极低情况下的缺陷识别问题。目前一般采取基于傅里叶频谱分析和成分分析的数字滤波方法，但由于完全在频域内分析时没有考虑时域因素，有用的缺陷信号始终难觅其踪迹。

小波变换采用了一种全新的基波，通过适当地选择尺度因子和平移因子，可得到一个伸缩窗，只要适当的选择基本小波，就可以使小波变换在时、频两域都具有表征信号局部特征的能力[5]，克服了傅里叶变换的时频窗口大小固定不变，只适合分析所有特征尺度大致相同的各种过程，窗口没有适应性，不适于分析多尺度信号过程和突变过程等缺点。

本文通过对粘结复合材料超声检测回波信号的研究，利用改进Morlet小波对其进行多分辨率分析，成功检测出了淹没在噪声中的缺陷信号，为产品质检提供了可靠依据。