[發(fā)明專利]基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910181746.X
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN110057912A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔新宇;林濱;劉雪蓮
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01N29/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

1.一種基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，搭建激光超聲表面波檢測系統(tǒng)，脈沖激光器(1)產(chǎn)生的脈沖激光束經(jīng)過濾光片(2)的濾光作用和擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(3)的擴(kuò)束準(zhǔn)直作用后，傳播到激光束偏轉(zhuǎn)聚焦機(jī)構(gòu)后形成激光聚焦線，加載到測試樣件(10)表面；

步驟2，激光聚焦線內(nèi)材料表面的短時局部加熱會在測試樣件(10)中產(chǎn)生表面超聲脈沖，在超聲脈沖傳播一距離后，在測試樣件(10)表面產(chǎn)生超聲表面波，通過壓電薄膜換能器(6)檢測測試樣件(10)表面產(chǎn)生的超聲表面波信號；同時，使用光電探測器(7)用作同步觸發(fā)裝置；

步驟3，根據(jù)步驟2檢測到的超聲表面波信號，結(jié)合小波基數(shù)學(xué)特性和對弱頻散條件下聲表面波處理要求選擇最佳小波基；

步驟4，利用步驟3獲得的最佳小波基對步驟2所得的超聲表面波信號進(jìn)行多尺度分析，并對步驟2所得的超聲表面波信號進(jìn)行連續(xù)小波變換，提取時間、尺度信息計(jì)算得到三維小波系數(shù)圖，通過提取時頻域不同尺度的小波系數(shù)峰值的時間和頻率信息，結(jié)合公式(1)得到在弱頻散條件下沿表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ㄐ盘栴l散曲線，并對所得頻散曲線進(jìn)行非線性高階多項(xiàng)式擬合；

公式(1)如下所示：

式中，C(f)為聲表面波的傳播不同頻率成分的傳播速度，f為頻率，x_l，x_m為有效測量范圍內(nèi)的兩個位置取值點(diǎn)，t_l(f)和t_m(f)表示在位置x_l和x_m上不同頻率成分聲表面波信號的到達(dá)時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，步驟1中，所述脈沖激光器(1)采用被動Q開關(guān)的二極管泵浦固態(tài)激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，步驟1中，所述激光束偏轉(zhuǎn)聚焦機(jī)構(gòu)包括能調(diào)節(jié)激光束偏轉(zhuǎn)的直角棱鏡(4)和能將激光束聚焦為線性激光的柱面透鏡(5)，實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和聚焦功能。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，所述直角棱鏡(4)和所述柱面透鏡(5)設(shè)置在同一個支架上，所述支架的底部設(shè)置有位移臺，所述位移臺包括上移動板和下移動板，所述支架的底部固定連接在所述上移動板上并能隨所述上移動板進(jìn)行水平方向的移動，所述上移動板和下移動板之間設(shè)置有螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)(11)，通過所述螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)(11)實(shí)現(xiàn)所述上移動板水平方向的移動；所述螺旋微調(diào)機(jī)構(gòu)(11)的精度為0.01mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，步驟2中，所述壓電薄膜換能器(6)采用楔形PVDF壓電薄膜換能器，所述楔形PVDF壓電薄膜換能器包括電信號傳導(dǎo)部件和載體金屬塊，所述電信號傳導(dǎo)部件和載體金屬塊通過螺紋連接；所述電信號傳導(dǎo)部件包括依次連接的壓電薄膜(12)、鎢棒(13)和SMA連接器(16)，所述鎢棒(13)和SMA連接器(16)之間通過鋼球(15)連接，所述鎢棒(13)、鋼球(15)和SMA連接器(16)的外側(cè)包裹絕緣套管(14)從而實(shí)現(xiàn)所述電信號傳導(dǎo)部件與載體金屬塊絕緣分離。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，步驟2中，所述光電探測器(7)采用頻率為350MHz的光電探測器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲表面波信號處理獲得弱頻散條件下頻散曲線的方法，其特征在于，步驟3中，所述的選擇最佳小波基，是對小波基數(shù)學(xué)特性進(jìn)行分析，得到具有對稱性、緊支性、正交性及N階消失矩?cái)?shù)學(xué)特性的小波基函數(shù)有Daubechies、Symlets、Coiflets；通過連續(xù)小波變換所得的頻散曲線來衡量小波基的能力，最終選擇Symlets 8為對聲表面波信號經(jīng)處理得到弱頻散條件下頻散曲線的最佳小波基。