一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法技術

本發明專利技術公開一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法，包括

【技術實現步驟摘要】
一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法


[0001]本專利技術屬于超聲檢測
，具體涉及一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的新方法
。

技術介紹

[0002]聲表面波，作為超聲導波的一種，目前已廣泛用于材料近表面的無損評估和結構健康監測
。
與超聲體波相比，超聲導波檢測具有監測范圍更遠
、
靈敏度更高和花費成本更低等優勢
。
聲表面波以自由表面為波導，因此其能量主要集中在表面以下的一個波長范圍內
。
當波導的機械性能在深度方向上不均勻時，無頻散的聲表面波變得色散，即聲表面波速度與頻率相關
。
由此產生的頻散現象使基于激光激發寬帶聲表面波反演涂層的機械性能甚至是加工表面的亞表面損傷成為可能
。
[0003]為了準確反演材料近表面的機械性能，實驗聲表面波頻散特性的準確量化至關重要
。
目前，已經提出了多種多通道分析方法用于計算聲表面波相速度頻散曲線，如頻率
?
波數變換
、
相移法和高分辨率線性
Radon
變換等
。
然而，這些方法均需要多個空間采樣點，這通常意味著獲得的頻散曲線描述的是材料的平均特性
。
為了評估材料局部表面性能，允許僅從兩個相鄰位置計算頻散數據的方法是很重要的
。
目前，基于復數傅里葉變換的相位法是常用的兩點計算方法，但是這種方法對信號質量要求很高且無法計算多模信號r/>。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法，該方法魯棒性高，不僅適用于各種頻散程度，同時也適用于多模聲表面波信號
。
[0005]本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
[0006]一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法，包括：
[0007]S1、
利用脈沖激光在待測樣品表面激發聲表面波，并通過接觸式壓電傳感器拾取待測樣品表面所需檢測區域兩端的聲表面波時域信號；
[0008]S2、
利用同步壓縮小波變換對拾取到的一對激光聲表面波進行時頻分析，得到相應的原始含噪聲時頻分布圖；
[0009]S3、
通過
R
é
nyi
熵從原始含噪聲時頻分布圖中提取聲表面波信號；
[0010]S4、
基于互相關函數估計提取出的聲表面波信號不同頻率分量的相對時間延遲；
[0011]S5、
利用余弦插值計算相對時間延遲估計誤差并對相對時間延遲進行矯正，從而得到準確的聲表面波信號不同頻率分量的相對時間延遲；
[0012]S6、
用采樣距離除以校正后的時間延遲得到聲表面波不同頻率分量的相速度，即頻散曲線
。
[0013]進一步的，
S2
中原始含噪聲時頻分布圖通過如下同步壓縮小變換獲得：
[0014][0015]式中，
T
s
(
ω
l
,b)
為聲表面波信號的時頻分布圖，
W
s
(a,b)
是時域信號的連續小波變換系數，
a
是比例因子，
b
是時間平移，
ω
是瞬時頻率，
Δω
＝
ω
l
?
ω
l
?1，
(
Δ
a)
k
＝
a
k
?
a
k
?1，
l、k
為離散值
。
[0016]進一步的，
S3
中基于
R
é
nyi
熵的頻譜降噪公式為：
[0017][0018]式中，為降噪后的時頻分布圖，為降噪前的原始時頻分布圖，為能量均勻化后的時頻分布圖，
t
*
為能量閾值，由下式計算：
[0019][0020]式中，
G
表示值從高到低離散成的
256
個等級
{0,1,2,
…
,255}
，和分別表示與目標和背景分布相關的
R
é
nyi
熵：
[0021][0022]式中，
α
是熵的階數，
p
i
為能量均勻化后的時頻分布圖中離散的能級概率密度函數
。
[0023]進一步的，
S4
中用于相對時間延遲估計的互相關函數公式為：
[0024][0025]式中，
T1和
T2為步驟
S1
中拾取到的兩個聲表面波時域信號經過降噪后的時頻分布圖，
f
為聲表面波頻率，
b
表示時間，
τ
為時間延遲
。
[0026]進一步的，
S5
中基于余弦插值的相對時間延遲估計誤差公式為：
[0027][0028]式中，
s
cos
是聲表面波互相關信號某個局部最大離散點
n
與擬合余弦曲線最大值之間的距離，
f
s
是采樣頻率，和
ω
分別是擬合余弦曲線的相位和角頻率，由下式計算：
[0029][0030]式中，
y
n
?1、y
n
、y
n+1
分別是互相關結果
n
－
1、n、n+1
位置處對應的互相關函數值
。
[0031]進一步的，本專利技術還提供一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的系統，包括脈沖激光器
、
半波片
、PBS、
擴束鏡
、
直角棱鏡
、
柱面透鏡
、
旋轉平臺
、
示波器和計算機；所述旋轉平臺放置于光學平臺上方，所述旋轉平臺上表面放置有待測樣品；所述直角棱鏡
、
柱
面透鏡設置于微動平臺上，所述待測樣品上設置有壓電傳感器，所述壓電傳感器通過電荷放大器與示波器連接；所述光電探測器放置在待測樣品的待檢測區域一側，所述光電探測器與所述示波器連接，示波器與計算機連接；脈沖激光器發射的脈沖激光依次通過半波片
、PBS、
擴束鏡
、
直角棱鏡和柱面透鏡入射至待測樣品
。
[0032]進一步的，本專利技術還提供一種電子設備，包括存儲器
、
處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現所述量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法的步驟
。
本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法，其特征在于，包括：
S1、
利用脈沖激光在待測樣品表面激發聲表面波，并通過接觸式壓電傳感器拾取待測樣品表面所需檢測區域兩端的聲表面波時域信號；
S2、
利用同步壓縮小波變換對拾取到的一對激光聲表面波進行時頻分析，得到相應的原始含噪聲時頻分布圖；
S3、
通過
R
é
nyi
熵從原始含噪聲時頻分布圖中提取聲表面波信號；
S4、
基于互相關函數估計提取出的聲表面波信號不同頻率分量的相對時間延遲；
S5、
利用余弦插值計算相對時間延遲估計誤差并對相對時間延遲進行矯正，從而得到準確的聲表面波信號不同頻率分量的相對時間延遲；
S6、
用采樣距離除以校正后的時間延遲得到聲表面波不同頻率分量的相速度，即頻散曲線
。2.
根據權利要求1所述的一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法，其特征在于，
S2
中原始含噪聲時頻分布圖通過如下同步壓縮小變換獲得：式中，
T
s
(
ω
l
,b)
為聲表面波信號的時頻分布圖，
W
s
(a,b)
是時域信號的連續小波變換系數，
a
是比例因子，
b
是時間平移，
ω
是瞬時頻率，
Δω
＝
ω
l
?
ω
l
?1，
(
Δ
a)
k
＝
a
k
?
a
k
?1，
l、k
為離散值
。3.
根據權利要求1所述的一種量化激光聲表面波在分層介質中頻散特性的方法，其特征在于，
S3
中基于
R
é
nyi
熵的頻譜降噪公式為：式中，為降噪后的時頻分布圖，為降噪前的原始時頻分布圖，為能量均勻化后的時頻分布圖，
t
*
為能量閾值，由下式計算：式中，
G
表示值從高到低離散成的
256
個等級
{0,1,2,
…
,255}
，和分別表示與目標和背景分布相關的
R
é
nyi
熵：式中，
α
是熵的階數，
p
i
為能量均勻化后...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林濱，劉再蔚，馬小康，萬楊帆，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：