[發明專利]一種涂層表界面完整性參數的靈敏度矩陣超聲反演方法

有效

• 申請號: 202110429231.4
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113219053B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 馬志遠;林莉;雷明凱
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 郭海英;花向陽

1.一種涂層表界面完整性參數的靈敏度矩陣超聲反演方法，其特征是，將超聲檢測系統用數學函數表示為:

(1)

其中，p為涂層表界面的完整性參數，包括缺陷參數d、幾何參數g、微觀結構參數s和特性參數c，M(p)為系數矩陣，是描述缺陷參數d、幾何參數g、微觀結構參數s和特性參數c在外加超聲激勵x作用下的超聲響應的理論模型，包括超聲波的波動方程以及超聲波遇到相界面或缺陷時的反射、透射引起的散射衰減、頻散作用機制，y為超聲波實驗獲得的超聲輸出信號；

依據超聲波在涂層表界面結構中的作用機制，采用以下步驟對涂層表界面的完整性參數進行反演：

a、模型正則化：面向材料微觀結構的分析結果，通過解析、數值模擬、機器學習構建能夠準確描述材料的缺陷參數d、幾何參數g、微觀結構參數s和特性參數c在外加超聲激勵x下的超聲響應的理論模型f(d, g, s, c)；

b、數據正則化：對超聲輸出信號y進行L變換處理，獲得特征檢測信號Ly(Lx)^-1與變換后的理論模型F(d, g, s, c)的等價關系：

(2)

式中，L是采用圖像處理方法、傅里葉變換、小波變換、歸一化處理信號分析技術對超聲輸出信號進行處理的算子，F(d, g, s, c)是f(d, g, s, c)的L變換，處理后的特征檢測信號Ly(Lx)^-1與待求的涂層表界面完整性參數p強相關，與外加超聲激勵x、檢測系統S和噪聲N弱相關，|?(Ly(Lx)^-1)/?x|≈0；

c、靈敏度矩陣分析：基于變換后的理論模型F(d, g, s, c)與特征檢測信號Ly(Lx)^-1的函數關聯，對式(2)兩側求偏導構建靈敏度矩陣：

(3)

其中，k為特征檢測信號Ly(Lx)^-1的向量維數，n為待求的涂層表界面完整性參數p的個數，S_F-p為變換后的理論模型Lf(p)對待求的涂層表界面完整性參數p的靈敏度矩陣：

(4)

基于靈敏度矩陣識別并優選與待求的涂層表界面完整性參數p強相關|?(Lf(d, g, s,c)/?p|δ的特征檢測信號，δ為閾值，由整個檢測系統的精度與準度決定；

d、基于靈敏度矩陣的反演：根據步驟c確定的與待求的涂層表界面完整性參數p強相關的特征檢測信號，為待求的涂層表界面完整性參數p預設一組初始值d_j，g_j，s_j，c_j，輸入變換后的理論模型F(d_j，g_j，s_j，c_j)中計算相應的輸出響應，并計算當前參數下的中心靈敏度矩陣S_j；然后，針對欠定/正定/超定靈敏度矩陣對應的求逆算法，計算待求的涂層表界面完整性參數的增量d_j，g_j，s_j，c_j，并更新一組新解d_j+1，g_j+1，s_j+1，c_j+1；最后，采用新解d_j+1，g_j+1，s_j+1，c_j+1重新計算變換后的理論模型的輸出響應F(d_j+1，g_j+1，s_j+1，c_j+1)，并計算d_j+1和d_j，g_j+1和g_j，s_j+1和s_j，c_j+1和c_j之間的偏差，若偏差不在允許范圍內，j =j+1，重復以上步驟，直到各項偏差都在允許范圍內，求解結束，獲得涂層表界面完整性參數的精確解。