[發明專利]一種基于LFM信號互相關相位特性的超聲波測厚方法

有效

• 申請號: 202011146827.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112344888B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 楊萃;孫家豪;余華;寧更新;陳芳炯;季飛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02;G01S7/524;G01S7/539;F17D5/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 詹麗紅

1.一種基于LFM信號互相關相位特性的超聲波測厚方法，其特征在于，所述的超聲波測厚方法包括以下具體步驟：

S1、利用線性調頻的調制方式產生LFM信號作為發射信號x[n]，x[n]的表達式為：

其中，A為發射信號的幅度，f₀與f₁分別是發射信號的起始頻率與終止頻率，T為信號時長，F_S為采樣率，μ為調頻斜率，N＝F_ST，N為樣本總數，發射信號x[n]的頻率隨著時間的變化在一定范圍內呈線性增長；

S2、發射信號x[n]經過發射信號通道轉化為LFM聲信號并發射至待測油氣輸送管道的管壁；

S3、從油氣輸送管道管壁的內、外表面反射回的回波聲信號經過接收信號通道轉化為回波信號y[n]，回波信號y[n]是由兩重具有不同時延的LFM信號疊加而成，設兩重具有不同時延的LFM信號的衰減幅度分別為a₁、a₂，時延估計值分別為t₁、t₂，對應的分數階坐標其中T_S為采樣間隔，得到y[n]的表達式為：

S4、對回波信號y[n]進行匹配濾波，得到發射信號x[n]與回波信號y[n]的互相關函數Q(n)，Q(n)的表達式為：

S5、搜索互相關函數Q(n)的第一主峰值點，得到其對應的離散坐標并計算得到粗時延估計值表達式為：

其中，T_S為采樣間隔，

S6、引入分數階估計參數α，得到精時延估計值t₁與粗時延估計值t₁^*關系式如下：

其中，t_α為殘留時延，t_α＝αT_S，

構建LFM信號與其單一時延信號做互相關得到的一般互相關函數R(n,n₁)表達式：

將一般互相關函數R(n,n₁)坐標左移使得峰值點位于零點，再取左移后的一般互相關函數R(n,n₁)的相位部分，構建相位函數表達式如下：

同樣對匹配濾波得到的發射信號和回波信號的互相關函數Q(n)進行左移并取相位部分，得到實際相位函數Q₂(n)，Q₂(n)表達式如下：

構建代價函數J：

Δn取值1，2，…，10，令得到對應的殘留時延t_α，為簡化表達，令：

得到殘留時延t_α的表達式為：

最終得到精時延估計值

S7、重復步驟S5和S6，搜索互相關函數Q(n)的第二主峰值點，得到精時延估計值t₂；

S8、根據精時延估計值t₁與t₂，得到LFM聲信號在油氣輸送管道管壁內外表面之間的傳播時間，并結合預置聲速v求得管壁厚度l，l的表達式為：

2.根據權利要求1所述的一種基于LFM信號互相關相位特性的超聲波測厚方法，其特征在于，所述的LFM信號可重復發射。

3.根據權利要求1所述的一種基于LFM信號互相關相位特性的超聲波測厚方法，其特征在于，所述的LFM信號的調頻斜率μ根據發射超聲探頭中超聲換能器的物理特性進行設置。