[發明專利]一種基于傳遞函數的超聲導波信號重構方法

有效

• 申請號: 202010976496.1
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112179995B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 楊志勃;朱明峰;陳雪峰;嚴如強;張興武;王詩彬;李明;劉一龍;田紹華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;G01N29/44
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本公開揭示了一種基于傳遞函數的超聲導波信號重構方法，包括以下步驟：對超聲導波檢測系統施加某一階躍信號ε(t)進行激勵，并采集超聲導波檢測系統在階躍信號ε(t)的激勵下產生的階躍響應信號r(t)；對所述階躍響應信號r(t)進行傅里葉變換，獲得頻域階躍響應信號R(ω)，并進一步獲得用于表示階躍信號ε(t)和階躍響應信號r(t)之間傳遞關系的傳遞函數H(ω)；施加任意信號S(ω)對超聲導波檢測系統進行激勵，將所述任意信號S(ω)與傳遞函數H(ω)在頻域相乘，獲得頻域重構響應信號C(ω)，將所述頻域重構響應信號C(ω)進行傅里葉反變換，即獲得時域重構響應信號c(t)。

技術領域

本公開屬于超聲導波技術領域，具體涉及一種基于傳遞函數的超聲導波信號重構方法。

背景技術

結構健康監測對于保障重大裝備的安全平穩運行至關重要，能夠降低設備的維護成本，不再受傳統設備診斷的定時維護的策略所限制。同時，對于保證人民群眾生命安全等具有重要意義。超聲導波廣泛應用于結構健康監測，如Lamb波，其具有傳播距離遠和衰減小的特點，同時對微小損傷也十分敏感，是導波監測中的一種重要工具。超聲導波結構健康監測方式是一種主動式的健康監測方式，傳統的健康監測為被動式的，因此，主動式超聲導波結構健康監測具有重大的研究意義，是結構健康監測領域的一個重要發展方向。

在超聲導波結構健康監測領域當中，往往需要激勵各種周期和頻率的信號來獲取監測結構的內部特征，比如裂縫、分層、空洞和螺栓松動等。然而，不同的激勵信號對于結構特征的反應能力是不同的，因此，如何快速確定何種激勵信號對于結構特征提取為最優就顯得尤為重要。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。

發明內容

針對現有技術中的不足，本公開的目的在于提供一種基于傳遞函數的超聲導波信號重構方法，通過計算激勵信號與響應信號之間的傳遞函數，能夠實現超聲導波檢測系統中任意激勵下響應信號的快速重構，避免了通常情況下需要反復通過實驗去獲取響應信號的繁瑣步驟，同時降低了時間和人力成本，實現了目標實驗信號的快速獲取。

為實現上述目的，本公開提供以下技術方案：

一種基于傳遞函數的超聲導波信號重構方法，包括如下步驟：

S100：對超聲導波檢測系統施加某一階躍信號ε(t)進行激勵，并采集超聲導波檢測系統在階躍信號ε(t)的激勵下產生的階躍響應信號r(t)；

S200：對所述階躍響應信號r(t)進行傅里葉變換，獲得頻域階躍響應信號B(ω)，并進一步獲得用于表示階躍信號ε(t)和階躍響應信號r(t)之間傳遞關系的傳遞函數H(ω)；

S300：施加任意信號S(ω)對超聲導波檢測系統進行激勵，將所述任意信號S(ω)與傳遞函數H(ω)在頻域相乘，獲得頻域重構響應信號C(ω)，將所述頻域重構響應信號C(ω)進行傅里葉反變換，即獲得時域重構響應信號c(t)。

優選的，步驟S200包括如下步驟：

S201：將頻域階躍響應信號R(ω)與角頻率ω相乘，獲得變換頻率階躍響應信號T(ω)；

S202：將所述變換頻率階躍響應T(ω)信號與單位虛數相乘，獲得傳遞函數H(ω)。

優選的，所述變換頻率階躍響應信號T(ω)表示為：

其中，ω是角頻率，e是自然對數符號，i是虛數單位，dt為時間t的一階微分。

優選的，步驟202中，所述傳遞函數H(ω)表示為：

其中，Re(·)表示“·”的實部，Im(·)表示“·”的虛部。