[發(fā)明專利]一種基于頻率-波數(shù)域濾波的超聲導(dǎo)波檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010164863.8
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111380957B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李子奇;李冬生
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/46;G06F17/14;G06F17/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 隋秀文;溫福雪

本發(fā)明屬于材料無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于頻率?波數(shù)域濾波的超聲導(dǎo)波檢測方法。本發(fā)明通過布置在被測物表面的超聲發(fā)射傳感器激發(fā)超聲波，在接收區(qū)域通過布置線性排列的超聲探測傳感器接收超聲波，根據(jù)接收到的時間?空間域信號經(jīng)過二維傅里葉變換處理，將變換后的結(jié)果通過帶通濾波器進行濾波，將濾波后的結(jié)果通過傅里葉逆變換后得到時間?空間域信號，將得到時間?空間域信號轉(zhuǎn)換為時域信號，依據(jù)時域信號對材料損傷進行分析。本發(fā)明方法具有可以去除干擾模態(tài)、信號處理效果好、靈活準(zhǔn)確等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于頻率-波數(shù)域濾波的超聲導(dǎo)波檢測方法。

背景技術(shù)

超聲導(dǎo)波檢測是一種新型的無損檢測技術(shù)，超聲波在傳播介質(zhì)的邊界反射、折射，通過不斷干涉、疊加形成超聲導(dǎo)波。超聲導(dǎo)波可以在幾何截面較小、尺寸較長的介質(zhì)中傳播。與傳統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)相比，超聲導(dǎo)波具有傳播距離遠(yuǎn)、能量損失緩慢等優(yōu)點，能夠做到長距離檢測，且無需像傳統(tǒng)超聲波檢測那樣逐點掃描檢測。此外導(dǎo)波在傳播過程中整個橫截面質(zhì)點均發(fā)生振動，可以利用超聲導(dǎo)波檢測鋼軌內(nèi)部的缺陷。

超聲導(dǎo)波在激發(fā)的過程中會呈現(xiàn)出一種多模式特性，多種模式的出現(xiàn)使得目標(biāo)模式與干擾模式相疊加，造成目標(biāo)模式的難以提取，降低了導(dǎo)波檢測技術(shù)的精確度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于二維傅里葉變換的導(dǎo)波檢測方法，實現(xiàn)材料內(nèi)部的無損檢測。本發(fā)明通過布置在被測物表面的超聲發(fā)射傳感器激發(fā)超聲波，在接收區(qū)域通過布置線性排列的超聲探測傳感器接收超聲波，根據(jù)接收到的時間-空間域信號經(jīng)過二維傅里葉變換處理，將變換后的結(jié)果通過帶通濾波器進行濾波，將濾波后的結(jié)果通過傅里葉逆變換后得到時間-空間域信號，將得到時間-空間域信號轉(zhuǎn)換為時域信號，依據(jù)時域信號對材料損傷進行分析。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于頻率-波數(shù)域濾波的超聲導(dǎo)波檢測方法，具體步驟如下：

步驟一、連接設(shè)備

待測物兩端分別連接超聲波發(fā)射探頭與超聲波探測傳感器，所述的超聲波探測傳感器為線性陣列，為了便于收集目標(biāo)模式信號，超聲波發(fā)射探頭應(yīng)傾斜放置，超聲波發(fā)射探頭與功率放大器相連，功率放大器與函數(shù)發(fā)生器相連，線性陣列超聲波檢測傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連，數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。檢測時將函數(shù)發(fā)生器與電源相連，電信號經(jīng)超聲波發(fā)射探頭轉(zhuǎn)換為超聲波信號，超聲波信號經(jīng)超聲波檢測傳感器后轉(zhuǎn)換為電壓信號，由數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至PC機中，得到不同采樣點的時域信號。

步驟二、二維傅里葉變換

從PC機中獲取不同測點的時域信號，組合成時間-空間域信號，對時間-空間域信號進行二維傅里葉變換后得到頻率-波數(shù)域信號，計算公式如式(1)所示，其離散形式可描述為：

其中，i是虛數(shù)單位，f、k為導(dǎo)波的頻率和波數(shù)，x、y為導(dǎo)波信號的時間和空間位置，N_t、N_x分別為時間和空間的取值范圍，S (f,k)為導(dǎo)波的頻率-波數(shù)域信號，s(t,x)是導(dǎo)波的時間-空間域信號，包含目標(biāo)模式導(dǎo)波信號m(t,x)和干擾模式導(dǎo)波信號n(t,x)，M(f,k)和N(f,k)分別為目標(biāo)模式信號和干擾模式信號的頻率波數(shù)譜。在f-k域內(nèi)，M(f,k)和N(f,k)的幅值分布特征具有明顯差異。通常情況下，M(f,k) 和N(f,k)的幅值分布均與各自模式的頻散曲線相符合，根據(jù)這一特點可在f-k域內(nèi)設(shè)計濾波器。

步驟三、制作濾波器

在f-k域內(nèi)，設(shè)計一個二維帶通濾波器H(f,k)，使得：

區(qū)域P在f-k域內(nèi)由目標(biāo)模式導(dǎo)波的頻散曲線確定，設(shè)目標(biāo)模式導(dǎo)波的頻散曲線的頻率-波數(shù)關(guān)系為k＝d(f)，則P可由下式構(gòu)造：