[發明專利]一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法

有效

• 申請號: 201910071998.7
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109781849B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王自平;徐晨光;趙杰;錢磊;徐桂東;袁福國
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法，用于各向異性材料板結構，其特征在于，包括：

S01采用多通道信號陣列換能器采集各向異性材料板結構中的損傷信號，將采集的時空域信號轉換成為頻率-波數f-k域信號；

S02先對頻率-波數f-k域信號進行自適應濾波，然后通過三維傅里葉變換，將頻率-波數f-k域信號依據不同模態、不同傳播方向在頻率-波數域中進行分離，得到n階對稱分模態和反對稱分模態信號；

所述自適應濾波算法具體為：

構建三維窗函數：

W(ω,k)＝w_f(ω)w_k(k) (4)

其中ω為圓頻率，k為波數矢量，w_f(ω)為頻域余弦濾波窗函數，用于選擇不同中心頻率的導波信號分量，w_k(k)為包含各個模態的信號波數域濾波窗函數；

對w_k(k)實施濾波信號處理，濾波后得到空間波數域信號，提取波數域信號，得到f-k域中不同模態的導波信號，所述波數域信號為：U_W(f,k_x,k_y)＝U(f,k_x,k_y)W(f,k_x,k_y)；

其中f為頻率，k_x、k_y分別為x方向和y方向對應的波數，U和W分別為波率-波數域對應的譜值和三維窗函數；

所述通過三維傅里葉變換，將頻率-波數f-k域信號依據不同模態、不同傳播方向在頻率-波數域中進行分離，具體為：

設陣列換能器的中心驅動單元位于坐標原點，經模態分離后M個陣列單元位于{S_m}(m＝1，2…M)，接收到的含損傷單一模態散射信號為：

R(t)＝[R₁(t) R₂(t) R₃(t) ... R_M(t)] (5)

式中，R₁(t)，R₂(t)…分別為對應的第1和第2個陣列單元接收到的散射時域信號，通過傅里葉變換獲得散射信號頻譜為：

R(ω)＝[R₁(ω) R₂(ω) R₃(ω) ... R_M(ω)] (6)

式中，R₁(ω)，R₂(ω)…分別為對應的第1和第2個陣列單元接收到的散射時域信號經傅立葉變換后的散射頻域信號；

S03對步驟S02得到的各個分模態信號進行頻散去除，如下式，將頻散關系在中心圓頻率附近進行Taylor級數展開，取一階線性近似項:

式中，k是空間波數，ω_c為中心圓頻率，c_p是相速度，c_g是群速度；

根據各向異性材料板結構中的波數曲線對頻散去除后的信號進行偏斜角補償，所述偏斜角為：

其中，波矢方向γ與群速度方向之間的夾角即為偏斜角β，群速度方向為能量傳播方向θ，dk為波數的增量，dγ為角度γ的增量；

S04分別對步驟S03得到的各個分模態信號進行總聚焦成像，再對各分模態進行相應的延時處理，最后對各分模態的總聚焦成像進行疊加，疊加的公式如下式：

式中，I(x,y)為疊加后的譜值，R_m(ω)為通過傅立葉變換后獲得的散射信號的頻譜，θ_s為掃描波束指向角，β_s為由式(2)確定的偏斜角，d_m(x，y)為結構中掃查點到各傳感單元的距離，m為多通道信號傳感裝置中的第m通道，M為總通道數，ω為i列信號疊加后所對應的中心處的角頻率，ω＝2πf,ω_f為信號疊加后的總的空間頻率。

2.根據權利要求1所述的基于頻域分模態疊加損傷成像方法，其特征在于，所述步驟S04中的延時處理基于同相位疊加的原理。