[發明專利]一種提高缺陷反演成像質量的方法

有效

• 申請號: 202110426583.4
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113252779B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張應紅;王松浩;錢征華;錢智;李鵬;高濤;武靖昌;崔雅鑫;韋茗中
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;南京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

本發明提供一種提高缺陷反演成像質量的方法，首先對無缺陷板中的導波信號進行傅里葉變換取得幅值。再對有缺陷的板中導波信號進行傅里葉變換取得幅值，將兩者幅值相減，實現抵消掉無損鋁板邊界及原生源影響的效果，從而保留下由缺陷產生的散射波幅值。然后，利用矩量法將算子方程離散化為矩陣方程，并構建超定方程來對矩陣方程進行求解。求解過程中利用截斷最小二乘法實現矩陣方程的正則化，通過改進的奇異值曲線方法選取正則化參數，克服廣義交叉驗證方法中無法準確選擇正則化參數的問題。最后，通過截去部分奇異值來減少信號噪聲，降低噪聲干擾，從而有效提高缺陷反演的準確性。

技術領域

本發明涉及無損檢測領域中的超聲導波檢測技術，具體涉及一種提高缺陷反演成像質量的方法。

背景技術

傳統超聲波檢測方法有效檢測區域僅僅為傳感器下方聲束掃描的有限區域，對于探頭難以到達的位置無法實現檢測，與之相對，超聲導波在板中僅需由單點激勵，在呈環形陣列分布的多個接收換能器上進行接收，便可實現對整個板材缺陷的快速掃查。

目前來說對于板材成像，大部分都是用假設導波在板中沿直線傳播的方法，忽略了缺陷處發生的散射、衍射及模態轉換等物理現象；而針對介質密度變化不大的板材提出的射線追蹤的方法，盡管是引進了射線追蹤法來追蹤聲波傳播路徑，再根據路徑對重建算法進行了改進，但是其忽略了衍射，同樣當出現衍射這一物理現象時會導致失效。所以射線追蹤法對于導波沿直線傳播的改進仍不具備普適性。

在計算成像解時由于構建的方程為超定方程且采集的數據往往伴隨噪聲污染，所以正則化對獲得精確解尤為重要，目前主流、處于核心地位的對處于噪聲干擾下的系統求解的正則化方法是Tikhonov正則化方法，但是此方法僅對病態矩陣修正，某些情況下無法達到理想去噪效果。

發明內容

針對上述內容已有問題，本發明提供一種通過導波幅值來計算的基于矩量法的提高缺陷檢測成像質量的方法。

實現本發明目的的技術方案是：一種提高缺陷反演成像質量的方法，對換能器接收到的有損鋁板的導波與無損鋁板的導波分別進行傅里葉變換，取得傅里葉變換后產生的頻域圖中中心頻率對應的幅值，并且將有缺陷鋁板與無缺陷鋁板所對應的不同幅值進行相減，獲得的差值當作缺陷作為次生源發射的散射波幅值，用矩量法構建超定方程來表示各離散點作為次生源發射lamb波的疊加作用，最終對此成像超定方程實現求解，在本次計算中將鋁板劃分為1793個單元點，每個單元點之間距離為2mm，由于要計算每個單元點上的未知數，所以構建的超定方程組，方程數需大于1793個。

本發明采用矩量法構建表示鋁板中各離散點介質聲學特性的參數的方程組，通過picard準則對方程進行正定性判斷，將用于正則化的截斷奇異值法與最小二乘法結合實現方程求解，確定各點的聲速(折射系數)特性參數，進而實現成像。

其中，具體裝置包括：有缺陷鋁板、無缺陷鋁板、高能超聲測試系統、超聲導波換能器、信號發生器、示波器；在所述兩種鋁板上放置換能器。

一種提高缺陷反演成像質量的方法，包括：

S1：獲取換能器在無損鋁板上接收到的無損導波信號，及換能器在具有缺陷的有損鋁板上接收到的有損導波信號；

S2：無損導波信號和有損導波信號分別進行傅里葉變換，對獲取的幅值進行相減，得到缺陷作為次生源發射的散射波幅值，構成散射矩陣p^(s)；

S3：采用矩量法構建缺陷中各離散點作為次生源發射lamb波疊加作用的超定方程；

S4：通過picard準則對超定方程進行正定性判斷，將用于正則化的截斷奇異值法與最小二乘法結合實現超定方程求解，獲得缺陷中各離散點的介質聲學特性參數，實現缺陷成像。

求解過程中的截斷系數由L曲線法獲得。

進一步的，所述步驟S3的具體步驟包括：