[发明专利]一种基于变分模态分解的GFRP内部缺陷特征提取方法

权利要求书

1.一种基于变分模态分解的GFRP内部缺陷特征提取方法，其特征在于，包括步骤：

S1、GFRP超声回波信号采集：使用超声脉冲回波法，采集GFRP材料内部缺陷的A扫超声回波信号；

S2、GFRP超声回波信号分析：对采集的超声回波信号进行成分分析，找到表征缺陷信号的回波信号；

S3、GFRP超声回波信号的特征提取：对回波信号采用基于变分模态分解和相关系数分析的信号处理方法提取特征；

S4、GFRP回波信号C扫成像：最后对处理后的玻璃纤维复合板材料回波信号进行超声C扫描成像。

2.根据权利要求1所述的基于变分模态分解的GFRP内部缺陷特征提取方法，其特征在于，步骤S1中GFRP超声回波信号采集的方法为：

将超声波探头发出的脉波发送到GFRP试件被测定部位，然后在试件中传播超声波，遇到非均匀界面时，就会出现反射现象；观察来自内部缺陷或被试件的下表面、前表面的反射波来检测试件；

被测试件中有缺陷存在，当声波在被测试件内传播过程中遇到缺陷时，发生反射作用而出现缺陷回波，然后根据缺陷回波的出现时间和幅值来判断被测试件内缺陷的特征。

3.根据权利要求2所述的基于变分模态分解的GFRP内部缺陷特征提取方法，其特征在于，步骤S2中GFRP超声回波信号分析的方法为：

采集检测到的A扫回波信号的类型包括表面超声回波、背散射回波信号和底面超声回波；背散射回波信号为上层表面超声回波与底层表面超声回波之间的超声回波反射信号，微缺陷散射造成的散射和反射超声回波是在超声回波检测背散射回波信号中的主要部分，其它回波信号将视为噪声信号。

4.根据权利要求3所述的基于变分模态分解的GFRP内部缺陷特征提取方法，其特征在于，步骤S3中GFRP超声回波信号的特征提取的方法，采用基于变分模态分解和相关系数分析的信号处理方法，包括步骤：

采用变分模态分解将超声回波信号f分解为一组本征模态分量u_k(t)的线性组合；首先通过以下三点要求来构造变分模型：

(1)要计算信号的单边频谱，就要对每个模态分量u_k(t)进行希尔伯特变换并求得其解析信号

(2)估计每个模态分量的中心频率ω_k(t)，通过混频将其解调到基带；

(3)每个模态函数都应满足窄带信号的要求,即在时域尽可能的平坦；而一阶导数的模表征曲线平缓程度；

定义IMF为调幅-调频信号，基于以上三点，可得IMF的变分约束模型：

其中{u_k}＝{u₁,u₂,…,u_K},{ω_k}＝{ω₁,ω₂,…,ω_K}分别是每个模态分量u_k(t)及其中心频率ω_k(t)的简写；变分模型求解通过引入拉格朗日乘子以及二次惩罚项使构造的约束变分模型变为无约束变分模型，来求解约束变分模型，

由交替方向乘子算法ADMM在频域求解该方程。

5.根据权利要求4所述的基于变分模态分解的GFRP内部缺陷特征提取方法，其特征在于，步骤S4中GFRP回波信号C扫成像的方法包括：

超声回波信号经过变分模态分解处理后，并对整个玻璃纤维复合板中所有的超声A扫信号进行处理成像的分析；

对检测GFRP进行C扫描重构，将C扫描二维矩阵中的数值与灰度值经过映射的关系一一对应。