[發明專利]分析混頻非線性超聲信號的方法

有效

• 申請號: 202010092109.8
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111307943B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 王珅;占在福;黃松嶺;宋小春;趙偉;黃紫靖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

1.一種分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，包括以下步驟：

通過頻散曲線得到待分析超聲信號，以及所述待分析超聲信號中激勵頻率對應的相速度和群速度；

將所述待分析超聲信號分解成五個子信號；

將所述五個子信號帶入改進的超聲時頻分析公式得到灰度圖；

通過所述灰度圖判斷待檢測金屬材料是否存在損傷，若存在損傷，則對所述灰度圖進行信號再處理，得到時間坐標軸上預設范圍內最大值所在直線，通過前兩個信號波包對應的直線定位缺陷位置；以及

通過所述灰度圖上的第一個波包對應直線上三個點求得非線性系數，用所述非線性系數表征缺陷大小。

2.根據權利要求1所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，通過Rayleigh-Lamb方程得到所述頻散曲線，其中，所述頻散曲線中任一頻率下對應多種模態。

3.根據權利要求1所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，所述五個子信號中前四個子信號的分解過程為：

利用兩個二次插值曲線連接所述待分析超聲信號的極大值點和極小值點；

計算兩條線的均值y_avg，以求解所述待分析超聲信號y₀與所述均值y_avg之間的差值x₁；

判斷所述差值x₁是否滿足子信號分解要求，若不滿足，則重復上述過程，使新差值滿足子信號分解的條件，若滿足，則所述差值為第一子信號，并求出所述待分析超聲信號與所述第一子信號的差值y_dif，將所述差值y_dif作為待分解信號，再重復3次以上過程，分別得到x₂、x₃、x₄。

4.根據權利要求3所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，所述子信號分解要求為：

極小值點小于零，極大值點大于零；

包絡線的均值為零。

5.根據權利要求3所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，第五個子信號需包含剩下的所有的待分解超聲信號信息，其求解方式如下：

x₅＝y₀-x₁-x₂-x₃-x₄

其中，y₀為初始的待分析信號。

6.根據權利要求1所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，所述改進的超聲時頻分析公式為：

其中，t為信號時刻，f為頻率，j為虛數單位，x_i(t)為第i個子信號，*表示共軛運算，τ是時移。

7.根據權利要求1所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，所述信號再處理的公式為：

其中，W'_x(t,f)為信號再處理后的值，i＝1,2,3,…,n，n根據不同情況進行調整。

8.根據權利要求1所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，所述缺陷位置通過所述最大值所在直線對應的時間t₁和t₂計算得到，其中，公式為：

其中，c_g1、c_g2為激勵頻率的群速度，d為缺陷與反射面之間的距離。

9.根據權利要求1所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，所述通過所述灰度圖上的第一個波包對應直線上三個點求得非線性系數，包括：

通過所述灰度圖得到兩個激勵頻率以及和頻率在第一個波包對應出的幅值；

處理所述兩個激勵頻率和所述幅值得到所述非線性系數。

10.根據權利要求9所述的分析混頻非線性超聲信號的方法，其特征在于，求解所述非線性系數的公式為：

其中，β'為非線性系數，W(t₁,f₁+f₂)為時刻為t₁、頻率為f₁+f₂時的幅值，W(t₁,f₁)為時刻為t₁、頻率為f₁時的幅值，W(t₁,f₂)為時刻為t₁、頻率為f₂時的幅值。