一种基于目标特性先验知识的声波检测方法及系统技术方案

本申请涉及一种基于目标特性先验知识的声波检测方法及系统，包括：将预先建立的目标先验特征传递函数库中的各先验特征传递函数的逆时间序列作为激励电信号加载至所述声波发射端，从而使声波发射端激励发出第一声波信号；所述声波接收端采集以所述第一声波信号为脉冲激励的第一响应信号，所述第一响应信号构成了接收函数库；将所述接收函数库中具有最大峰值的第一响应信号所对应的特征信道作为待预测的特征信道。上述方法和系统能够充分利用特征信道本身携带的先验特征信息，进行信道预测，实现对检测对象长距离、高精度的实时在线检测或定位的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于目标特性先验知识的声波检测方法及系统
本申请涉及声波材料结构的检测识别领域，尤其涉及一种对工程结构、关键部件、化工容器等的损伤检测及定位方法。
技术介绍
目前应用最广泛的探伤策略主要以声波检测方式为主。声波检测方法利用声波在介质中传播时，损伤点会形成散射源，通过接收的回波信号来判断是否存在损伤，具有低成本、高精度、无电磁干扰等优良特性，已经成为主要的探伤手段。声波检测方法根据声应力波激励源的不同分为主动检测与被动检测两种。其中，主动检测方式通过在静态条件下主动激励声波，分析结构中传播的声波回波，进行结构健康状态的检测；被动检测方式通过实时监测结构受到外界载荷而导致结构劣化引发的声应力波，并对采集到的声应力波信号结构损伤信息的分析，进行损伤定位检测等。目前存在的声波检测方法，都是围绕后信号处理的方法，直接分析回波信号，提取信道特征，这样一来就导致了一个根本问题：这些方法没有能够充分有效地利用感兴趣目标的目标特性及其对信道所带来的影响的先验知识，而只是拘泥于单纯地对于接收信号进行信号处理。这就造成了目前使用换能器进行目标检测或定位时仍存在以下问题：1)比较普遍的方法是采用传统的渡越时间定位方法，但需要预先给定声速或实测声速，而且还受到声波长距离传播中衰减和噪声的严重限制；2)一些基于声发射方式的检测方法无法直接获得裂纹声发射源信号；3)被检测结构通常较为复杂，增加了裂纹损伤检测的难度，即使有强大现代信号处理功能的检测设备的实用性、准确性及效率都明显不能满足要求；4)因结构中微小目标特征信号太弱造成的漏检误判；5)复杂结构或介质中的频散效应和多途叠加影响。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种基于目标特性先验知识的声波探测方法，其核心思想是旨在充分利用感兴趣目标的信道影响特性的自然先验知识，采用了主动监测模式，通过发送先验信道响应的逆时间序列副本的方式，在信道传输过程中实现物理在线自相关，能够自适应地进行相关特征放大提取以及不相关特征抑制丢弃，从而获取真实背景特征，并对未知信道实现高性能的精准预测。本专利技术的第一方面提供了一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，包括：将预先建立的目标先验特征传递函数库中的各先验特征传递函数的逆时间序列作为激励电信号加载至所述声波发射端，从而使声波发射端激励发出第一声波信号；所述声波接收端采集以所述第一声波信号为脉冲激励的第一响应信号，所述第一响应信号构成了接收函数库；将所述接收函数库中具有最大峰值的第一响应信号所对应的特征信道作为待预测的特征信道；其中，所述声波发射端和声波接收端的中心距离与预先建立目标先验特征传递函数库时布放所述声波发射端和声波接收端的中心距离相同。进一步的，预先建立所述目标先验特征传递函数库的步骤为：声波发射端根据加载的调制电信号激励发出第二声波信号；声波接收端采集以所述第二声波信号为脉冲激励的第二响应信号；对所述第二响应信号进行离线处理，获取并存储不同特征信道的特征传递函数，以建立目标先验特征传递函数库；其中，所述声波发射端与所述声波接收端的中心距离固定不变。进一步的，在预先建立所述目标先验特征传递函数库时，声波发射端加载的调制电信号为汉宁窗函数的形式，函数表达式为：其中，A为幅值，t为加载调制电信号的时间，fc为激励的载波频率，N为载波的波包数，H(t)是阶跃函数。进一步的，对所述第二响应信号进行离线处理，获取并存储不同特征信道的特征传递函数，以建立目标先验特征传递函数库，具体包括：以第二响应信号中的第一波包的幅度为基准，进行波形对齐；对第二响应信号中的拖尾无序数据序列进行裁剪剔除；对声波发射端加载的调制电信号和第二响应信号进行解卷积处理，以获得各特征信道的特征传递函数；存储所述各特征信道的特征传递函数，形成目标先验特征传递函数库。进一步的，所述载波频率为声波发射端中的声发射传感器的谐振频率。进一步的，所述声波发射端根据加载的调制电信号激励发出第二声波信号，具体包括：声波发射端以预定时间间隔周期性的发送第二声波信号的单次脉冲；其中，所述预定时间间隔大于声波从发射端至接收端的传播时间和接收端的接收振荡时延之和。本专利技术的第二方面提供了一种基于目标特性先验知识的声波检测系统，包括：第一模块，用于将预先建立的目标先验特征传递函数库中的各先验特征传递函数的逆时间序列作为激励电信号加载至所述声波发射端，从而使声波发射端激励发出第一声波信号；第二模块，用于令所述声波接收端采集以所述第一声波信号为脉冲激励的第一响应信号，所述第一响应信号构成了接收函数库；第三模块，用于将所述接收函数库中具有最大峰值的第一响应信号所对应的特征信道作为待预测的特征信道；其中，所述声波发射端和声波接收端的中心距离与预先建立目标先验特征传递函数库时布放所述声波发射端和声波接收端的中心距离相同。进一步的，还包括预先建立所述目标先验特征传递函数库的模块，其包括：第一单元，令声波发射端根据加载的调制电信号激励发出第二声波信号；第二单元，令声波接收端采集以所述第二声波信号为脉冲激励的第二响应信号；第三单元，对所述第二响应信号进行处理，获取并存储不同特征信道的特征传递函数，以建立目标先验特征传递函数库；其中，所述声波发射端与所述声波接收端的中心距离固定不变。进一步的，在预先建立所述目标先验特征传递函数库时，声波发射端加载的调制电信号为汉宁窗函数的形式，函数表达式为：其中，t为加载调制电信号的时间，fc为激励的载波频率，N为载波的波包数，H(t)是阶跃函数。进一步的，所述第三单元还包括：波形对齐单元，用于以第二响应信号中的第一波包的幅度为基准，进行波形对齐；裁剪剔除单元，用于对第二响应信号中的拖尾无序数据序列进行裁剪剔除；解卷积单元，用于对声波发射端加载的调制电信号和第二响应信号进行解卷积处理，以获得各特征信道的特征传递函数；存储单元，用于存储所述各特征信道的特征传递函数，形成目标先验特征传递函数库。进一步的，所述载波频率为声波发射端中的声发射传感器的谐振频率。进一步的，所述第一单元具体用于：将声波发射端以预定时间间隔周期性的发送第二声波信号的单次脉冲；其中，所述预定时间间隔大于声波从发射端至接收端的传播时间和接收端的接收振荡时延之和。本专利技术的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器能够执行本专利技术第一方面中的任一所述的方法。本专利技术的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其中，存储介质中存储有计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行本专利技术第一方面中的任一所述的方法。本专利技术采用主动检测模式，通过在主动发射端声波加入调制信息，加强声波与裂纹的相互作用，增强损伤特征信号，并建立特征传递函数库，预测阶段采用在线自相关方法，该方法能够充分利用特征信道本身携带的先验特征信息，进行信道预测，实现对检测对象长距离、高精度的实时在线检测或定位的目的。附图说明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于，包括：将预先建立的目标先验特征传递函数库中的各先验特征传递函数的逆时间序列作为激励电信号加载至所述声波发射端，从而使声波发射端激励发出第一声波信号；所述声波接收端采集以所述第一声波信号为脉冲激励的第一响应信号，所述第一响应信号构成了接收函数库；将所述接收函数库中具有最大峰值的第一响应信号所对应的特征信道作为待预测的特征信道；其中，所述声波发射端和声波接收端的中心距离与预先建立目标先验特征传递函数库时布放所述声波发射端和声波接收端的中心距离相同。

【技术特征摘要】
1.一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于，包括：将预先建立的目标先验特征传递函数库中的各先验特征传递函数的逆时间序列作为激励电信号加载至所述声波发射端，从而使声波发射端激励发出第一声波信号；所述声波接收端采集以所述第一声波信号为脉冲激励的第一响应信号，所述第一响应信号构成了接收函数库；将所述接收函数库中具有最大峰值的第一响应信号所对应的特征信道作为待预测的特征信道；其中，所述声波发射端和声波接收端的中心距离与预先建立目标先验特征传递函数库时布放所述声波发射端和声波接收端的中心距离相同。2.根据权利要求1所述的一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于，预先建立所述目标先验特征传递函数库的步骤为：声波发射端根据加载的调制电信号激励发出第二声波信号；声波接收端采集以所述第二声波信号为脉冲激励的第二响应信号；对所述第二响应信号进行离线处理，获取并存储不同特征信道的特征传递函数，以建立目标先验特征传递函数库；其中，所述声波发射端与所述声波接收端的中心距离固定不变。3.根据权利要求2所述的一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于，在预先建立所述目标先验特征传递函数库时，声波发射端加载的调制电信号为汉宁窗函数的形式，函数表达式为：其中，A为幅值，t为加载调制电信号的时间，fc为激励的载波频率，N为载波的波包数，H(t)是阶跃函数。4.根据权利要求2所述的一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于：对所述第二响应信号进行离线处理，获取并存储不同特征信道的特征传递函数，以建立目标先验特征传递函数库，具体包括：以第二响应信号中的第一波包的幅度为基准，进行波形对齐；对第二响应信号中的拖尾无序数据序列进行裁剪剔除；对声波发射端加载的调制电信号和第二响应信号进行解卷积处理，以获得各特征信道的特征传递函数；存储所述各特征信道的特征传递函数，形成目标先验特征传递函数库。5.根据权利要求3所述的一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于：所述载波频率为声波发射端中的声发射传感器的谐振频率。6.根据权利要求2所述的一种基于目标特性先验知识的声波检测方法，其特征在于，所述声波发射端根据加载的调制电信号激励发出第二声波信号，具体包括：声波发射端以预定时间间隔周期性的发送第二声波信号的单次脉冲；其中，所述预定时间间隔大于声波从发射端至接收端的传播时间和接收端的接收振荡时延之和。7.一种基于目标特性先验知识的声波检测系统，其特征在于，包括：第一模块，用于将预先建立的目标先验特征传递函数库中的各先验特征传递函数的逆时间序列作为激励电信号加载至所述声波发射端，从而使声波...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，杨军，王目光，毕宏振，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11