Análisis espectral del ruido granular para la extracción de firmas ultrasónicas

Resumen

El tratamiento digital de señales es hoy en día un aspecto fundamental en el desarrollo de sistemas avanzados de ensayos no destructivos de materiales por ultrasonidos. Un ámbito específico es el de la extracción de información del denominado ruido granular ultrasónico, con el objetivo de caracterizar el material bajo análisis. El ruido granular se genera por la superposición de múltiples ecos originados por la microestructura del material, cuando se inyecta en esta último un pulso ultrasónico de frecuencia adecuada. Dicho ruido admite un modelado estodástico y puede aplicarse sobre él técnicas de análisis espectral, para la extracción de parámetros que pueda currelarse con propiedades físicas del material, permitiendo su caracterización. En esta tesis proponemos el concepto de firma ultrasónica, consistente en la curva de evoluación de la frecuencia central del pulso ultrasónico inyectado en el material, a medida que se propaga por el interior del mismo. Dicha evolución está vinculada a la forma en que progresivamente se atenúan las diferentes componentes frecuenciales del especto del pulso. En general, lo hacen de forma diferente, lo que supone variaciones en el espectro y, en consecuencia, en su frecuencia central. Estas variaciones son inherentes a las características del material y pueden permitir su caracterización. La técnica de obtención de la firma ultrasónica se realiza mediante un análisis (no estacionario) del ruido granular a cada profundidad y tiene dos aspectos claramente diferenciados: estimación del especto del pulso y estimación de la frecuencia central a partir de dicho espectro. El primer aspecto es básicamente un problema de análisis espectral donde debe tenerse en cuenta el particular modelo convolutivo del ruido granular. Por ello se proponen y estudian en esta tesis tres alternativas: método ARMA (paramétrico), cepstrum real y cepstrum complejo basado en HOS ( ambos no para