超声检测信号中的噪声可分为声学噪声和非声学噪声两大类。非声学噪声主要包括电子电路噪声、脉冲噪声、振铃噪声等。电路噪声也称为仪器噪声，来源于仪器电路中的随机扰动，如电路中元器件的电子热运动、半导体器件中载流子的不规则运动。这类噪声的特点是频率范围很宽，属于具有各态遍历性的广义随机平稳过程。脉冲噪声是外界因素引入的信号波动，如检测仪器本身的波动，多种仪器组合或多台检测仪器联机运行时仪器之间的互相干扰、机械振动与冲击等。此类噪声具有偶然性、满幅性、单峰性以及频率分布广泛性等特征。振铃噪声来源于换能器的振动以及超声波在换能器内部反射形成的低频噪声，其特点是信号整体缓慢波动且明显影响超声信号的频谱。声学噪声也称为材料噪声，来源于介质内部不同阻抗界面上的反射、折射和散射以及波形转换，反映的是介质的微观结构。

上述两类噪声之间具有本质的区别，分析和处理方式也不同。目前看来可以通过声学方法（使用短脉冲、降低超声波频率、聚焦探头或相控阵探头等）或信号处理方法（信号平均技术、滤波技术、小波变换等）提高信噪比。一般认为非声学噪声是白噪声，与缺陷回波信号不相关，在整个观测时域内服从均值为0的高斯分布，采用常用的信号处理方法能够明显提高信噪比。Shankar P M、Rose J L^[127]等人的研究表明，声学噪声在部分时间区间上与缺陷回波信号是相关的，采用常用的信号处理方法去噪效果不是很理想。图4-1所示分别为采用滤波技术处理过的45钢基体表面超声波信号、Fe314激光熔覆层试样中表面超声波信号，对比分析可知，两种试样中表面超声波波形基本相同，但信号幅值、平滑程度不同。45钢基体表面超声波信号中的噪声主要是非声学噪声，因而采用滤波技术使超声纵波信号中的噪声得到了比较彻底的消除。Fe314激光熔覆层试样中含有声学噪声，采用滤波技术消噪之后，表面超声波信号中仍然含有噪声。

图4-1 不同试样的表面超声信号

a）45钢基体表面超声波信号 b）Fe314激光熔覆层试样表面超声波信号

结合45钢及Fe314激光熔覆层试样的微观组织分析上述超声波信号特征。如图4-2a所示，45钢试样为热轧制钢板，其微观组织为各向同性组织，没有明显的异质界面；如图4-2b所示，Fe314激光熔覆层试样由多道搭接多层堆积制备而成，组织中存在许多层与层之间的结合界面以及道与道之间的搭接界面，并且这些界面呈明显的“圆弧”形，通过对比可以看出，Fe314激光熔覆层组织呈明显的各向异性，其内部有很多异质界面存在（如涂层与基体结合界面、熔覆层与层间结合界面、道与道间搭接界面）。当超声纵波在激光熔覆试样中传播遇到这些异质界面时，就会产生反射、散射或折射，使得超声波能量损失较大，材料噪声较明显。当超声波在45钢试样中传播时，由于其内部组织为各向同性且没有明显的异质界面，因此超声波能量损失很小，材料噪声对超声波信号的影响也很小。

实验结果表明，当表面超声波在各向异性的激光熔覆试样中传播时，声波频谱也会发生一定的变化，由此产生噪声。考察超声波频率的分布情况需要对时域信号进行傅里叶频谱分析，为此，对45钢、Fe314激光熔覆试样的表面超声波信号采用快速傅里叶变化进行傅里叶频谱分析，分析结果如图4-3所示。

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图4-2 不同试样的微观组织

a）45钢微观组织 b）Fe314激光熔覆层微观组织

图4-3 不同材料试样中表面超声波信号的功率谱

a）45钢表面超声波信号功率谱 b）Fe314激光熔覆层试样表面超声波信号功率谱

从图4-3a可以看出，45钢试样中表面超声波的频率分布集中在5MHz附近，其功率谱只在5MHz处出现一个峰值，分析结果与表面超声波信号频率的理论分布范围相符（实验中采用的正是频率为5MHz的表面波探头）；从图4-3b可以看出，Fe314激光熔覆层试样中表面超声波的频率分布范围明显大于45钢试样中表面超声波频率分布范围，其功率谱出现多个峰值。由于实验中采用的检测仪器及其参数设置完全相同，因此可以认为，检测信号频谱发生变化（产生噪声）的原因与材料微观组织相关联。