一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，包括：获取布置在目标检测区域传感器阵列中每条路径上响应信号，计算每条路径上响应信号的希尔伯特谱；确定初始信号及其对应路径长度；计算每条路径的参考信号的希尔伯特谱；根据每条路径上响应信号的希尔伯特谱和参考信号的希尔伯特谱，计算这条路径的希尔伯特谱损伤指数；根据每条路径发射传感器和接收传感器的坐标，计算这条路径的成像区域内坐标点处的空间分布函数；根据所有路径的希尔伯特谱损伤指数和空间分布函数，利用椭圆概率成像方法对目标检测区域内的缺陷进行成像

【技术实现步骤摘要】
一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法


[0001]本专利技术属于超声兰姆波成像
，具体涉及一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法
。

技术介绍

[0002]金属材料薄壁结构作为众多结构中必不可少的承重装置，在长时间的使用过程中难免会因为疲劳
、
冲击等因素，导致难以察觉的损坏，例如分层
、
裂纹
、
腐蚀等缺陷
。
而兰姆波凭借其高灵敏度和检测范围广等诸多优势，已然成为薄壁结构损伤检测成像的首选
。
[0003]目前众多针对兰姆波缺陷检测成像的方法被发展出来，如时间反转法
、
全聚焦成像算法
、
概率成像法等等
。
但以上的成像算法是基于含缺陷板状结构的有损信号和同材料不含缺陷相同性能的健康板状结构的无损信号之间的信号差异性来表征损伤特征
。
无损信号作为方法的参考信号
。
然而在实际检测过程中，由于噪声
、
环境条件
、
结构材料等外界因素的限制，使得响应信号发生变化，有损信号和无损信号之间无法保持一致的测量条件；环境参数变化
、
人为操作等方面的原因，也会引入这些外部因素引起的信号偏差；检测时需要准备一块和有缺陷板状结构材质性能完全一样的健康板状结构，过程较为繁琐，也不一定能找到满足条件的健康板状结构，检测效率和实用性不高
。

技术实现思路

[0004]目的：鉴于以上技术问题中的至少一项，本专利技术提供一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，该方法将无缺陷的响应信号与频散传递函数结合，预测接收传感器的兰姆波参考信号，并根据预测参考信号和对应响应信号的希尔伯特谱之间的差异性构建损伤指数，计算每个像素的概率并成像
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]第一方面，提供一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，包括：
[0007]步骤
S1、
获取布置在目标检测区域传感器阵列中每条路径上响应信号，其中传感器阵列中包括发射传感器和接收传感器，所述每条路径上响应信号是指响应于传感器阵列中发射传感器的激励信号，对应路径上接收传感器收到的响应信号；
[0008]步骤
S2、
计算每条路径上响应信号的希尔伯特谱；
[0009]步骤
S3、
基于所有路径上响应信号的希尔伯特谱，确定初始信号及其对应路径长度；
[0010]步骤
S4、
根据初始信号及其对应路径长度，计算除初始信号对应路径外的每条路径的参考信号的希尔伯特谱；
[0011]步骤
S5、
根据每条路径上响应信号的希尔伯特谱和参考信号的希尔伯特谱，计算这条路径的希尔伯特谱损伤指数；
[0012]步骤
S6、
根据每条路径发射传感器和接收传感器的坐标，计算这条路径的成像区域内坐标点处的空间分布函数；
[0013]步骤
S7、
根据所有路径的希尔伯特谱损伤指数和空间分布函数，利用椭圆概率成像方法对目标检测区域内的缺陷进行成像
。
[0014]在一些实施例中，所述传感器阵列可以布置成任何规则或不规则的形状
。
传感器阵列一般呈对称排列
。
[0015]在一些实施例中，步骤
S1、
获取布置在目标检测区域传感器阵列中每条路径上响应信号，包括：
[0016]设加汉宁窗的激励信号
A
的表达式为：
[0017][0018]其中，
f
c
代表中心频率，
n
代表周期数，
t
代表时间；经过传感器阵列中发射传感器的激励，记接收传感器收到的响应信号为
y(t)。
[0019]在一些实施例中，步骤
S2、
计算每条路径上响应信号的希尔伯特谱
Y(t)
，包括：
[0020][0021]其中，每条路径的响应信号为
y(t)
，
t
代表时间，
τ
是积分变量
。
[0022]在一些实施例中，步骤
S3、
基于所有路径上响应信号的希尔伯特谱，确定初始信号及其对应路径长度，包括：
[0023]在所有路径上响应信号中，选希尔伯特谱中幅值最大时对应路径上的响应信号为初始信号，记为
c0(t)
，初始信号对应路径长度为
d0。
[0024]在一些实施例中，步骤
S4、
根据初始信号及其对应路径长度，计算除初始信号对应路径外的每条路径的参考信号的希尔伯特谱，包括：
[0025]计算除初始信号对应路径外的每条路径的参考信号
c(t)
：
[0026][0027]其中
ω
是角频率，
j
是单位虚数，
C0(
ω
)
为初始信号
c0(t)
的傅里叶变换，
x
为当前计算的参考信号对应的路径长度减去初始信号对应路径长度
d0，
cp(
ω
)
为对应角频率
ω
下兰姆波的相速度，
f(x)
的表达式如下：
[0028][0029]计算参考信号
c(t)
的希尔伯特谱
C(t)
；
[0030][0031]其中，
t
代表时间，
τ
是积分变量
。
[0032]在一些实施例中，步骤
S5、
根据每条路径上响应信号的希尔伯特谱和参考信号的希尔伯特谱，计算这条路径的希尔伯特谱损伤指数，包括：
[0033][0034]其中，
DI
i
为第
i
条路径的希尔伯特谱损伤指数，
Y
i
(t)
为第
i
条路径响应信号的希尔伯特谱，
C
i
(t)
为对应的第
i
条路径参考信号的希尔伯特谱；
M
是路径数
。
[0035]在一些实施例中，步骤
S6、
根据每条路径发射传感器和接收传感器的坐标，计算这条路径的成像区域内坐标点处的空间分布函数，包括：
[0036][0037]其中，
W
i
(x
，
y)
为第
i
条路径上成像区域内坐标点
(x
，
y)
处的空间分布函数；
(x
l
，
y
l
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，其特征在于，包括：获取布置在目标检测区域传感器阵列中每条路径上响应信号，其中传感器阵列中包括发射传感器和接收传感器，所述每条路径上响应信号是指响应于传感器阵列中发射传感器的激励信号，对应路径上接收传感器收到的响应信号；计算每条路径上响应信号的希尔伯特谱；基于所有路径上响应信号的希尔伯特谱，确定初始信号及其对应路径长度；根据初始信号及其对应路径长度，计算除初始信号对应路径外的每条路径的参考信号的希尔伯特谱；根据每条路径上响应信号的希尔伯特谱和参考信号的希尔伯特谱，计算这条路径的希尔伯特谱损伤指数；根据每条路径发射传感器和接收传感器的坐标，计算这条路径的成像区域内坐标点处的空间分布函数；根据所有路径的希尔伯特谱损伤指数和空间分布函数，利用椭圆概率成像方法对目标检测区域内的缺陷进行成像
。2.
根据权利要求1所述的基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，其特征在于，获取布置在目标检测区域传感器阵列中每条路径上响应信号，包括：设加汉宁窗的激励信号
A
的表达式为：其中，
f
c
代表中心频率，
n
代表周期数，
t
代表时间；经过传感器阵列中发射传感器的激励，记接收传感器收到的响应信号为
y(t)。3.
根据权利要求1所述的基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，其特征在于，计算每条路径上响应信号的希尔伯特谱
Y(t)
，包括：其中，每条路径的响应信号为
y(t)
，
t
代表时间，
τ
是积分变量
。4.
根据权利要求1所述的基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，其特征在于，基于所有路径上响应信号的希尔伯特谱，确定初始信号及其对应路径长度，包括：在所有路径上响应信号中，选希尔伯特谱中幅值最大时对应路径上的响应信号为初始信号，记为
c0(t)
，初始信号对应路径长度为
d0。5.
根据权利要求1所述的基于参考信号预测的兰姆波损伤概率成像方法，其特征在于，根据初始信号及其对应路径长度，计算除初始信号对应路径外的每条路径的参考信号的希尔伯特谱，包括：计算除初始信号对应路径外的每条路径的参考信号
c(t)
：
其中
ω
是角频率，
j
是单位虚数，
C0(
ω
)
为初始信号
c0(t)
的傅里叶变换，
x
为当前计算的参考信号对应的路径长度减去初始信号对应路径长度
d0，
cp(
ω
)
为对应角频率
ω
下兰姆波的相速度，
f(x)
的表达式如下：计算参考信号
c(t)
的希尔伯特谱
C(t)
；其中，
t
代表时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，戴杰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：