一种基于蒙特卡罗马氏链的混频非线性超声检测实验参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蒙特卡罗马氏链的混频非线性超声检测实验参数优化方法，适用于自动扫查水浸混频非线性超声检测实验，属于无损检测领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于蒙特卡罗马氏链的混频非线性超声检测实验参数优化方法


[0001]本专利技术涉及一种混频非线性超声检测实验优化方法，特别是基于
MATLAB
蒙特卡罗马氏链的检测实验参数优选方法
。
本方法适用于自动扫查水浸混频非线性超声检测实验，属于无损检测

。

技术介绍

[0002]非线性超声检测技术因其对结构中早期损伤具有较高的灵敏度而备受关注
。
材料性能退化
、
或微裂纹等微小变化会引起介质中超声波传播的非线性效应，如混频
、
谐波等
。
结构中传播的两列不同频率的超声波与微损伤相互作用，将产生原信号的和频
、
差频等新的频率成分，该现象称为混频非线性效应
。
新产生的频率及波矢与两入射波的频率及波矢密切相关
。
为保证两列超声波同时汇聚在待检测区域，需要对混频检测参数
(
如入射声波的频率比
、
方向及波型等
)
进行精确地调控
。
国内外学者对混频非线性超声检测实验条件开展了大量的研究
。KorneevVA
等
[Possible second
‑
ordernonlinear interactions ofplane waves in an elastic solid[J].The Journal oftheAcoustical Society ofAmerica,2014,135(2):591
‑
598.]详细列出了
10
种入射波组合在满足谐振条件下，产生第三列混频波的条件
(
包括频率
、
相互作用角
、
散射角等参数
)。Alston
等
[Nonlinear non
‑
collinear ultrasonic detection and characterisation ofkissing bonds[J].NDT&E International,2018,99:105
‑
116.]研究了水平粘接层界面非共线横波混频检测中两入射横波相互作用角度
α
和频率比
r
对混频非线性效应的影响，并以不同相互作用角度
α
和频率比
r
下的和频纵波幅值所组成混频
α
‑
r
特征图作为粘接层的评价指标
。
但在检测实验中，受到传感器频响特性
、
仪器等影响，实际结构中声场分布与理论预测值有很大的差别，在理论检测条件下无法达到最佳的混频检测效果，需要对实验中使用的检测参数进一步优选
。
[0003]对于多参量的混频超声检测实验激励参数优选问题，蒙特卡罗马氏链随机算法是一种多模块协调的有效方法
。
它通过用主观概率对实验检测结果的全局状态进行估计
。
其采样次数不受系统规模限制，相比于传统解析法通过枚举遍历的方式来选择系统状态，蒙特卡罗马氏链方法在实验次数有限时彰显了更多的优势
。
[0004]因此，基于模糊评价理论，以混频强度作为评价函数，提出了一种基于蒙特卡罗马氏链的混频检测参数优化方法
。
基于有限参数组合下的混频检测结果，对影响实验结果的主要混频检测参数进行优选
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种混频非线性超声检测实验激励参数的整体优化方法，特别是基于
MATLAB
蒙特卡罗马氏链与混频非线性超声检测系统的多参数优选方法
。
本方法将智能优化算法用于混频超声检测实验的参数优化，在进行非线性混频超声检测实验的基础上，通过
MATLAB
控制
LabVIEW
调控非线性超声检测系统的激励参数，并利用
MATLAB
蒙特卡
罗马氏链对混频检测实验激励参数进行优选
。
[0006]本专利技术提出一种基于
MATLAB
蒙特卡罗马氏链对混频非线性超声检测实验激励参数优化方法，其基本原理在于：
[0007]蒙特卡罗马氏链方法作为一种应用广泛的随机性算法，在实验次数有限的情况下，用主观概率对检测结果的全局状态进行估计
。
通过混频非线性实验获取有限参数组合下的混频响应，使用贝叶斯公式对相应的当前状态进行修正
。
在蒙特卡罗马氏链方法中，采样次数不受系统规模限制，有限次实验即可完成参数的优选
。
其主要运算流程如图1所示
。
[0008]蒙特卡罗马氏链算法主要由初始化检测参数
、
组合参数构建和候选
、
参数组合评价
、
候选参数更新四个步骤组成
。
首先初始化数据优化参数
(
预定迭代次数
、
采样分布参数
、
接受概率分布参数等
)
，同时根据参数的可能取值范围，建立优化参数集；为了加速迭代过程，应使初始值尽量靠近全局最小值
。
在进入迭代过程前，利用模拟退火对检测参数的初始值进行筛选
。
在进行
Na
次循环后退出模拟退火过程，混频强度变化率分布的方差由
S1＝
20
σ2逐渐减少至
S
Na
＝
σ2，其收敛过程可表示为
:
[0009][0010]式中，
n
为当前循环次数；
S—
混频强度变化率分布的方差；同时不同检测参数的变化方差也服从式
(1)
，由
S1＝5σ2逐渐减少至
S
Na
＝
σ2。
[0011]利用隶属度函数将评价指标对结果的模糊影响进行了量化，根据目标信号的混频强度评价函数
DC(X)
对参数组合
X
对应接收信号的混频强度进行评价
。
[0012]基于基频和混频应力波因子的归一化幅值两个特征指标与混频效应强弱的关系，分别选择偏小型岭型分布函数和偏大型高斯分布函数作为基频幅值
U1和混频幅值
U2的隶属度函数
。
基频幅值的岭型分布隶属度函数
χ
U1
(X
U1,j
)
可表达为：
[0013][0014]式中
χ
U1
(X
U1,j
)——X
U1,j
向隶属空间
M(0:1)
映射的隶属度函数，该函数反映了各评估指标对该组实验结果的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于蒙特卡罗马氏链的混频非线性超声检测实验参数优化方法，其特征在于：该方法是通过以下步骤实现的：步骤一：确定激励参数优化变量及参数变化范围；选定激励参数优化变量，根据实验探头与试件布置选择合适的激励参数范围；步骤二：设置实验激励参数初始值；编写
LabVIEW
程序调控非线性超声检测系统的激励参数，激励参数包括激励信号幅值
、
频率
、
周期，两个激励探头位置和角度，接收探头位置和角度等；固定激励频率
a
，激励频率
b
根据不同激励频率比改变；利用模拟退火对检测参数的初始值进行筛选，使初始值尽量靠近全局最小值；设置初始化检测参数开始混频非线性检测实验；非线性超声检测系统获得接收信号，通过非线性超声检测系统处理后的信号经示波器采集传输到
LabVIEW
中；步骤三：建立
MATLAB
与
LabVIEW
互通传输控制；
LabVIEW
程序提取基频幅值与滑动相关法处理得到的混频应力波因子，将这两个频域参数作为评价指标，该评价指标代表了检测过程中混频产生的非线性响应；并将评价指标传输给
MATLAB
进行下一步优化；步骤四：建立混频效应强度评价函数；基于模糊优化理论，
MATLAB
程序将多个混频响应检测效果评价指标的融合；根据优化变量随不同评价指标的变化程度，对不同影响程度的评价指标赋予不同的权重，转化为一个综合评价指标作为混频效应强度；转化过程利用隶属度函数将接收信号基频幅值和与混频分量幅值的归一化结果两个特征指标的权重加以量化；并使用线性加权法实现各评价指标的权重分配，获得融合了多个评价指标的模糊综合评价指标，由模糊评价函数对检测效果进行评价；步骤五：选定蒙特卡罗马氏链优化方法构建并修正优化参数；蒙特卡罗马氏链算法根据评价结果给出检测参数后验分布，根据优化后的采样分布对优化参数集进行采样，将采样结果作为候选检测参数组合，
MATLAB
将选定的检测参数候选值传输给
LabVIEW
，
LabVIEW
程序调整激励优化参量为检测参数候选的对应值，进行混频非线性检测实验，采集检测信号，作为对应参数组合下的混频检测结果；步骤六：进入迭代过程，获得检测参数的最佳组合；重复步骤三
‑
步骤五，根据候选检测组合的接受与否，修改或保持检测参数的采样分布，使其逼近最佳检测参数对应的参数组合分布；迭代中每次接受的参数组合构成了最佳检测参数的后验分布估计，通过估计结果，实现检测参数的优选
。2.
根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡罗马氏链的混频非线性超声检测实验参数优化方法，其特征在于：步骤二中所述的利用模拟退火对检测参数的初始值的筛选过程为：在进入迭代过程前，利用模拟退火对检测参数的初始值进行筛选，使初始值尽量靠近全局最小值，在进行
Na
次循环后退出模拟退火过程，混频强度变化率分布的方差由
S1＝
20
σ2逐渐减少至
S
Na
＝
σ2，其收敛过程可表示为
:
式中，
n
为当前循环次数；
Na
为总循环次数；
S1为初始混频强度变化率分布方差；
S
Na
为
Na
次混频强度变化率分布方差；
S
为混频强度变化率分布的方差；同时不同检测参数的变化方差也服从式
(1)
，由
S1＝5σ2逐渐减少至
S
Na
＝
σ2。3.
根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡罗马氏链的混频非线性超声检测实验参数优化方法，其特征在于：步骤四中建立混频效应强度评价函数的过程为：利用隶属度函数将评价指标对结果的模糊影响进行了量化，根据目标信号的混频强度评价函数
DC(X)
对参数组合
X
对应接收信号的混频强度进行评价；基于基频和混频应力波因子的归一化幅值两个特征指标与混频效应强弱的关系，分别选择偏小型岭型分布函数和偏大型高斯分布函数作为基频幅值
U1和混频幅值
U2的隶属度函数；基频幅值的岭型分布隶属度函数可表达为：式中，
j
为参数组合组数；为第
j
组参数组合接收信号的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦敬品，李琳桐，李立，何存富，吴斌，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：