[发明专利]一种基于声-超声的大型构件损伤概率成像定位方法

摘要

本发明公开了一种基于声‑超声的大型构件损伤概率成像定位方法。通过若干个压电换能器组成的声‑超声检测网络，采集直接接收和经损伤边界反射的声‑超声信号，综合使用基于信号能量的相异系数损伤概率成像法，和基于渡越时间的椭圆环相交损伤概率成像法，实现大型构件损伤的高效检测和快速定位。本发明的技术效果在于，通过声‑超声检测网络，使用相异系数和渡越时间的组合损伤概率成像算法，实现了大型构件损伤的无基准检测及快速定位。

主权项

1.一种基于声‑超声的大型构件损伤概率成像定位方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一、构建监测网络，在构件圆形被测区域边缘均匀布置n个压电换能器，标记为1,2,...,n，以圆形几何中心为原点建立平面直角坐标系XOY，并分别获取发射换能器中心与损伤边界、损伤边界与接收换能器中心、发射换能器中心与接收换能器中心之间的距离步骤二、超声信号激励，采用两种激励方式激励压电换能器A_i(x_i,y_i)，i＝1_,2,...,n，产生超声信号，在构件表面产生声‑超声信号，其中一种激励方式采用任意信号发生器产生汉宁窗调制的高、低幅值正弦信号，并经射频功率放大器后激励超声换能器，另一种激励方式采用超声脉冲发生接收仪产生脉冲信号激励超声换能器；步骤三、回波信号采集，采集上述步骤二中高、低幅正弦信号激励的由其他压电换能器R_j(x_j,y_j)，j＝1,2,...,n,j≠i，直接接收的声‑超声信号，记为号S_i‑j，同时采集上述步骤二中脉冲信号激励的经损伤边界反射后由其他压电换能器R_j(x_j,y_j)，j＝1,2,...,n,j≠i，接收的声‑超声信号，记为E_i‑j；步骤四、损伤概率值计算，将上述步骤三中的直接接收信号S_i‑j和反射回波信号E_i‑j，按以下(1)、(2)分别进行基于信号能量的相异系数损伤概率成像算法和基于渡越时间的椭圆环相交损伤概率成像算法，分别得到损伤存在概率源值P’_i‑j(x,y)、P”_i‑j(x,y)和损伤存在概率源图Ⅰ、图Ⅱ：(1)对所述步骤三中的直接接收模式信号S_i‑j进行基于信号能量的损伤概率成像算法，具体按以下步骤进行处理：步骤1、对低幅激励后接收的直接接收信号S_i‑j进行傅里叶变换，获取中心频率上声‑超声波的时间‑能量波形分布曲线，记为低幅信号G₀；步骤2、对相同上述检测条件高幅激励后接收的直接接收信号S_i‑j重复上述步骤1，记为高幅信号G′；步骤3、定义幅比系数λ为高幅激励信号振幅A'与低幅激励信号的振幅A₀之比，即根据上述步骤2所得结果，再根据公式计算A_i‑R_j换能器对的高幅信号G'与低幅信号G₀的相异系数q，其中m是取值为1至k的自然数，k为高幅信号G'或低幅信号G₀的数据长度，q＝1‑ρ；步骤4、定义缩放系数δ＝1.06，距离比系数根据公式I’_i‑j(x,y)＝q×ψ(x,y)，计算得到A_i‑R_j检测路线确定的检测范围内检测点的损伤存在概率值I’_i‑j(x,y)，式中，步骤5、对其他A_i‑R_j换能器对重复进行上述步骤1‑4的处理；步骤6、定义增强因子β为1.03，将步骤5得到的损伤存在概率值I’_i‑j(x,y)根据对应坐标点(x,y)按公式进行累加，重建直接接收模式所有A_i‑R_j检测路线的损伤存在概率源值P’_i‑j(x,y)和损伤存在概率源图Ⅰ；(2)对所述步骤二中的反射回波模式信号E_i‑j基于渡越时间的损伤概率成像算法，具体按以下步骤进行处理：步骤1、对于换能器对A_i‑R_j的信号E_i‑j，设激励时刻为t_i，接收时刻为t_j，从激励时刻起，经损伤边界反射到接收时刻止，表面波信号经历的渡越时间为T”_i‑j，路程为统计所有A_i‑R_j检测路线的反射回波信号峰值时刻t的方差σ，将反射回波信号时刻t_j的瞬时值按正态分布处理，取接收回波信号98％能量部分对应的时间区间(t_i‑j,t’_i‑j)，将接收时间区间减去激励时刻，得到渡越时间区间(T_i‑j,T’_i‑j)，由公式绘得椭圆环检测区，式中c为表面波信号在被测件中传播的速度；步骤2、由上述步骤1确定的不同渡越时间T”_i‑j，其所占整个渡越时间区间(T_i‑j,T'_i‑j)的权重为一条A_i‑R_j检测路线确定的定位椭圆环检测区内检测点(x,y)处的损伤存在概率值步骤3、对其他换能器对A_i‑R_j重复进行上述步骤1‑2的处理；步骤4、将上述步骤3所得的所有A_i‑R_j检测路线确定的定位椭圆环检测区包含的检测点(x,y)的损伤存在概率值I”_i‑j(x,y)，对应到被测工件表面坐标系上，按公式进行累加计算，得到反射回波模式所有A_i‑R_j检测路线的损伤存在概率源值P”_i‑j(x,y)和损伤存在概率源图Ⅱ；步骤五、损伤概率值的融合，将所述步骤四所得的损伤存在概率源值P'_i‑j(x,y)和P”_i‑j(x,y)按公式进行并集、求和、平均计算，得到待检测点(x,y)处的损伤存在概率值P(x,y)；步骤六、构件损伤概率成像，将所述步骤五所得的P(x,y)值作为直角坐标系坐标点(x,y)的像素值；步骤七、构件损伤概率定位，在所述步骤六的成像结果中，像素值越大的区域表示该处损伤存在的可能性越大，即为损伤的位置。