[發明專利]基于OVSF碼的螺栓損傷超聲波檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202011431814.2
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112684006B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 張光旻;孔慶釗;嚴紅光
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院;廣東思威特智能科技股份有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張艷美;劉光明

1.一種基于OVSF碼的螺栓損傷超聲波檢測方法，適用于具有多個輸入端口和多個輸出端口的超聲波檢測系統，每一所述輸入端口對應多個螺栓，該多個螺栓分別對應不同的所述輸出端口，其特征在于，該檢測方法包括：

在發射端，根據輸入端口的數量，選取相同數量的OVSF碼，各所述OVSF碼不同；分別利用各所述OVSF碼對線性掃頻正弦波進行時延調制，以獲得與所述輸入端口同等數量的檢測信號；多個所述輸入端口通過壓電傳感器同步向與其對應的螺栓發射所述檢測信號，每一所述輸入端口對應一所述檢測信號；

在接收端，通過所述輸出端口接收所述檢測信號通過與該輸出端口對應的螺栓后的輸出信號；求取所述輸出信號的起始接收時間，以所述起始接收時間為時間起點從所述輸出信號截取與所述OVSF碼的碼長等份的信號分量，并依據所述信號分量和各螺栓對應的OVSF碼重構所述檢測信號經該螺栓后輸出的信號；對重構的信號進行小波分析，根據小波分析獲得的信號能量值判斷該螺栓的損傷程度；

對于各所述輸出端口，所述求取所述輸出信號的起始接收時間具體包括：

構建一時域定時器；從所述輸出端口接收到的所述輸出信號截取一段信號，并將該段信號與所述時域定時器相乘獲得乘積；將所述乘積分為與所述OVSF碼的碼長相同個等份；對所有所述等份進行時延，并將時延后的所有等份進行疊加獲得疊加信號；計算所述疊加信號的信號能量，并將所述信號能量的峰值對應的時間點作為所述起始接收時間；

基于下式對所述線性掃頻正弦波進行時延調制獲得所述檢測信號：

其中，x_n(t)表示第n個所述輸入端口發射的檢測信號，t表示時間，m表示碼片序號，M表示單個OVSF碼的碼長，sw(t)表示線性掃頻正弦波，表示第n個OVSF碼的第m個碼片，t₀表示sw(t)的信號長度；

各所述檢測信號通過與其對應的螺栓后被對應的輸出端口捕獲，第q個輸出端口接收到的輸出信號y_q(t)為：

其中，x_n(t)表示第n個所述輸入端口發射的檢測信號，n表示輸入端口序號，N表示輸入端口的數量，表示卷積，h_nq(t)表示第n個輸入端口到第q個輸出端口之間的超聲波信道響應函數；

第q個輸出端口對應的所述時域定時器為：

其中，u_tmp(t)表示所述時域定時器，表示長度為t_s的矩形窗口序列，b_m表示所有輸入端口對應的OVSF碼的第m個碼片值的和，m表示碼片序號，M表示單個OVSF碼的碼長，t表示時間；

從第q個輸出端口接收到的輸出信號截取的一段信號為：

g_q(t)＝y_q(t)R_L(t-τ) (4)

其中，g_q(t)表示截取的一段信號，R_L(t)表示長度為L的矩形窗口序列，L＝M×t_s，M表示單個OVSF碼的碼長，t_s表示矩形窗口序列的長度，t表示時間，τ表示時間位移參數，通過求解該時間位移參數τ獲得所述起始接收時間；

所述乘積為：

e_q(t)＝g_q(t)u_tmp(t-τ) (5)

其中，e_q(t)表示所述乘積，g_q(t)表示截取的一段信號，u_tmp(t)表示所述時域定時器，t表示時間，τ表示時間位移參數；

將所述乘積e_q(t)分為M個等份為：

其中，ed_qm(t)表示e_q(t)的第m份等份，1≤m≤M，M表示單個OVSF碼的碼長，表示長度為t_s的矩形窗口序列，t表示時間，τ表示時間位移參數，m表示碼片序號；

所述對所有所述等份進行時延，并將時延后的所有等份進行疊加獲得疊加信號具體為：對e_q(t)的所有等份進行時延，使其均分布在0至t_s的時間段內，并將0至t_s時間段內所有等份進行疊加；所述疊加信號為：

其中，p_q(t)表示所述疊加信號，M表示單個OVSF碼的碼長，m表示碼片序號，ed_qm(t)表示e_q(t)的第m份等份，1≤m≤M；t_s表示矩形窗口序列的長度，t表示時間，τ表示時間位移參數；

基于下式計算所述疊加信號p_q(t)的信號能量o_q(τ)：

其中，t表示時間；

所述信號能量o_q(τ)的峰值對應的時間點為：

其中，表示第q個輸出端口所獲輸出信號對應的所述起始接收時間；

所述以所述起始接收時間為時間起點從所述輸出信號截取與所述OVSF碼的碼長等份的信號分量具體為：

其中，yd_qm(t)表示輸出信號y_q(t)的第m份，1≤m≤M，M表示單個OVSF碼的碼長，表示第q個輸出端口所獲輸出信號對應的所述起始接收時間，m表示碼片序號，t_s表示矩形窗口序列的長度，t表示時間；

所述依據所述信號分量和各螺栓對應的OVSF碼重構所述檢測信號經該螺栓后輸出的信號包括：

基于下式求經第i個輸入端口和第q個輸出端口對應的螺栓后輸出的信號f_iq(t):

結合公式(1)、(2)、(10)以及第n個OVSF碼和第i個OVSF碼的內積對f_iq(t)進行簡化得到最終的f_iq(t)為：

其中，M表示單個OVSF碼的碼長，m表示碼片序號，yd_qm(t)表示輸出信號y_q(t)的第m份,1≤m≤M；表示第i個OVSF碼的第m個碼片，sw(t)表示線性掃頻正弦波，表示卷積，h_iq(t)表示第i個輸入端口到第q個輸出端口之間的超聲波信道響應函數，t表示時間，表示第q個輸出端口所獲輸出信號對應的所述起始接收時間，t_s表示矩形窗口序列的長度。