本文将与大家分享，ATA-4052高压功率放大器在激光超声检测中增强反射波算法中的应用研究，希望能对各位工程师有所帮助与启发。

　　引言

　　激光超声已经被广泛应用在无损检测技术中[1]。激光超声检测技术一般是指激光作用在被检测件上，由于烧蚀效应或者热弹效应会产生超声波[2]。超声波在传播过程中，遇到结构损伤时，将会与损伤发生较为复杂的物理过程，部分超声波在缺陷处被反射，其中将携带损伤的相关信息。对反射的超声波信号进行分析处理，从而实现对被检测件进行缺陷的评估。

　　激光作用在被检测件上可以激励出多种超声波型。其中，瑞利波的激发效率最大，波形不易畸变，并且沿物体表面传播过程中衰减最小，所以选择瑞利波作为检测物体表面或者亚表面结构损伤的波型。在实验上已成功实现了用激光脉冲成功激发出瑞利波。Temsamani等人则利用瑞利波进行了有关材料特征方面的检测与评价。在激光超声检测表面缺陷的常用方法中，主要有脉冲反射法、缺陷共振法、反射系数法和飞行时间法等[3]。

　　然而这些常用的方法中有一个亟待解决的问题是反射波信号很微弱，而入射波信号却很强，反射波被淹没在入射波中[4][5]，这对后续的信号分析的准确性有一定的影响，因此开展减弱入射波，增强反射波的算法研究是十分有必要的。

　　1反射波的检测及结果

　　1.1反射波的检测实验

　　用激光振镜对200mm*50mm*8mm（长*宽*厚）的铝板进行B扫描，然后用瑞利波探头探测激光激励的瑞利波，分析处理得到瑞利波信号来探测铝板表面的裂纹。分为两组实验，第一组实验选用的被检测件是表面有一条裂纹的铝板，第二组实验作为参考实验，选用的被检测件是表面无裂纹的铝板。

　　第一组：在铝板表面的扫描侧距左边界120mm处有一条平行于左边界的裂纹，裂纹尺寸是0.1mm*0.2mm（宽度*深度）。选用Nd-YAG固体激光器作为激发源装置，其激光脉冲波长为1064nm，持续时间7ns，能量为1mJ，激光光束经光学系统调制后直径聚焦为0.6mm。激光大在铝板上，沿着预先设定的点进行B扫描，瑞利波探头固定在距左边界侧60mm处接收瑞利波，瑞利波探头的中心频率为2MHz，带宽为2MHz，实验装置图如图1所示.

　　第二组：与第一组实验相同的条件下，换用扫描面无裂纹的铝板作参考实验。激光扫描点位置和超声波检测位置都与第一组实验都保持一致，实验装置和实验参数也均与第一组实验相同，实验装置图如图2所示。

　　激光扫描振镜在铝板的中心位置，沿着水平方向进行扫描，如图1所示。在距右边界55mm处作为扫描起始点i=1，每次依次向左移动5mm，经过扫描点i=2,3,…,15，直至距左边界70mm处，每个激光冲击点水平间距为d=5mm。在扫描过程中，每个激光冲击点都会有一个超声波的产生，超声波传播到瑞利波探头处则被数据采集系统接收，送入计算机进行分析处理，分别标记为Si(i=1,2,…15)。实验选用的数据采集卡是NI公司的PXIe-1062Q，实验采样率为200MHz，采样点数为15000。

　　1.2反射波的检测实验

　　上述两组实验中无裂纹和有裂纹的铝板实验结果，如图3（a）（b）所示。分析对比图3（a）（b），观察到在图3（b）中，激光激励产生的超声波在裂纹处发生了变化：入射的超声波在裂纹处发生了反射和透射，然而在图3（a）中却没有看到这一现象。反射波和透射波便会携带有关裂纹的相关特征，因此我们需要对它们进行分析来得到裂纹的信息。但是在图3（b）中，相比入射波的信号，对我们的信号分析工作有用的反射波的信号强度却很弱，于是开展了对于减弱入射波，增强反射波的相关算法研究。

　　2增强反射波的算法

　　在图3（b）中我们可以看到超声波信号在裂纹处发生了反射和透射，但是反射波信号强度很弱。入射波是由于激光作用在铝板上热弹效应引起的，而反射波则是入射波遇到裂纹反射引起的。因此不同裂纹的铝板上，入射波强度是一样的，而反射波强度则不同。不同的激光冲击点距离探头的距离不一样，而瑞利波的传播速度是固定的，所以在不同的冲击点上，入射的瑞利波到达探头的时间不一致。

　　按照上述的算法，对2.1.1中的实验结果经过上述算法处理得到的图像如图3所示。对比图3（b），入射的瑞利波信号减弱了，而反射波的信号明显增强了，达到了预期的结果。对探测和评估铝板表面的裂纹来说，入射波是噪声，反射波是有用信号。信噪比的定义为：信噪比=20log（信号电压/噪声电压），单位是分贝[6][7]。在图3（b）中，信噪比为-14.51dB，图4中，信噪比为-0.89dB，比之前提高了13.62dB。

　　ATA-4052高压功率放大器

　　带宽：（-3dB）DC~500kHz

　　电压：310Vp-p（±155Vp）

　　电流：2.82Ap

　　功率：437.1Wp

　　压摆率：345V/μs

　　可程控

　　3结论

　　本文给出了一种在无损检测中，可以增强由裂纹引起的反射波信号强度的算法。激光作用在铝板上，由于热弹效应在激光激励处产生了超声波，其中瑞利波沿着铝板表面传播。瑞利波在铝板表面传播过程中，若遇到铝板表面的裂纹，便会与之相互作用，其中一部分瑞利波被反射。在裂纹处，入射的瑞利波是由热弹效应引起的，与裂纹无关。然而反射波则是由于入射波被裂纹反射引起的，于是反射波携带了大量有关裂纹的相关信息。反射波作为有用信号，入射波作为噪声信号，本文中的算法减弱了入射波强度，增强了反射波强度，提高信噪比13.62dB，这对探测和评估裂纹表面的裂纹是至关重要的。

　　参考文献

　　[1]张昭,肖迎春,李闵行,郭佳,王倩.激光超声技术在航空碳纤维复合材料无损检测中的应用[J].航空工程进展,2014,2014(03):269-274.

　　[2]陈翠丽.超声表面波探伤在轴承检测中的应用[J].无损检测,2014,2014(01):77-79.

　　[3]关建飞.激光声表面波及其探测表面缺陷的机理研究[D].南京：南京理工大学，2006.

　　[4]刘鹏，郑宾.基于无损检测的激光超声信号分析[J].电子世界，2014，2014（15）：87-88.

　　[5]张韬，郑宾，郭华玲.基于新的EMD降噪技术在表面微裂纹检测中的应用[J].电子世界，2014，2014（15）：32-33.

　　[6]马宗峰，张春熹，张朝阳，颜廷洋.光学外差探测信噪比研究[J].光学学报，2007，2007（05）：889-892.

　　[7]凌云.非规则干扰信噪比分析[J].石油地球物理勘探，2001，2001（03）：272-278.

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