專利名稱：基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散補(bǔ)償與多模式分離算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散信號仿 真、補(bǔ)償與模式分離算法。
背景技術(shù)：
近十年來，超聲導(dǎo)波在長距離無損檢測方面的應(yīng)用研究受到廣泛關(guān)注。實際傳播 中，超聲波經(jīng)常以反射與折射的形式與波導(dǎo)的邊界發(fā)生相互作用，并發(fā)生縱波和橫波間的 轉(zhuǎn)換，由此產(chǎn)生的導(dǎo)波對傳播介質(zhì)所有的信息較為敏感，從而可被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)管道、 工業(yè)板材、鐵路軌道及長骨診斷等無損檢測領(lǐng)域中?；诔曒S向傳輸技術(shù)，導(dǎo)波被成功地應(yīng)用于長距離缺陷檢測。但由于導(dǎo)波問題 相對復(fù)雜，通常以多模式形態(tài)在介質(zhì)中傳播，并伴隨著各導(dǎo)波模式不同的頻散特性，導(dǎo)致接 收導(dǎo)波大都為多模式的混合信號，這給進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析帶來了困難。應(yīng)用頻散補(bǔ)償方法，可對由頻散造成的導(dǎo)波信號時域擴(kuò)張加以補(bǔ)償，從而將原來 持續(xù)時間較長的信號壓縮為持續(xù)時間較短的沖擊信號。Wilcox等提出利用已知的波數(shù)頻率 曲線，將時域數(shù)據(jù)在傳播距離域補(bǔ)償，進(jìn)而可有效定位某時刻某一導(dǎo)波模式的表面應(yīng)力位 移分布情況[參考文獻(xiàn)1]。在此基礎(chǔ)上，Toiyamal等提出了一種改進(jìn)型的脈沖壓縮算法， 并應(yīng)用于頻散補(bǔ)償，導(dǎo)波L(0，1)模式實驗信號計算結(jié)果表明，此算法可在提高信噪比的同 時有效抑制導(dǎo)波頻散[參考文獻(xiàn)2]。另外，多項式映射技術(shù)也被應(yīng)用于波數(shù)頻率曲線的擬 合，即用多項式來近似單一模式導(dǎo)波波數(shù)頻散曲線，從而實現(xiàn)該模式的時域補(bǔ)償[參考文 獻(xiàn)3] ο[參考文獻(xiàn) 1] Wilcox P D. A rapid signal processing technique to remove the effect of dispersion from guided wave signals. IEEE Trans. UFFC, 2003； 50(4): 419—427. Toiyamal K, Hayashi Τ. Pulse compression technique considering velocity dispersion of guided wave. AIP Conf. Proc., 2008； 975: 587—593. Liu L, Yuan F G. A linear mapping technique for dispersion removal of Lamb waves. Structural Health Monitoring, 2010； 9(1): 75——86.
以上方法的主要局限性是只能針對頻帶較窄的單一導(dǎo)波模式的頻散進(jìn)行補(bǔ)償。實際 上，接收到的導(dǎo)波通常為多模式信號，單一模式的導(dǎo)波信號激勵方法也尚未成熟，無法普遍 適用。特別是包括長骨檢測在內(nèi)的某些醫(yī)用超聲導(dǎo)波分析領(lǐng)域，研究對象形態(tài)結(jié)構(gòu)較為復(fù) 雜，更難于實現(xiàn)單一導(dǎo)波模式激勵。故多模式導(dǎo)波補(bǔ)償與分離有重要的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散信號仿真、補(bǔ)償與模式 分離算法。本發(fā)明提供的基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散信號仿真、補(bǔ)償與模式分離算法，可
(6)導(dǎo)波模式頻散補(bǔ)償 為ο Χω) ’其具體實現(xiàn)為
權(quán)利要求
一種基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散補(bǔ)償與多模式分離算法，其特征在于具體步驟為超聲導(dǎo)波頻散仿真算法(1)計算群延遲 對某一次激勵，由式(1)計算某導(dǎo)波模式各諧波成份所對應(yīng)群延遲 (1)其中，為導(dǎo)波激勵時刻，d為發(fā)射換能器和接收換能器距離,為某一導(dǎo)波模式群速度與頻率的關(guān)系；(2)求頻散傳遞函數(shù) 根據(jù)群延遲，求得對應(yīng)導(dǎo)波模式的頻散傳遞函數(shù)，其表達(dá)式為 (2)其中信號為積分初值；(3)超聲導(dǎo)波頻散的正向仿真 根據(jù)頻散傳遞函數(shù)，求解激勵信號通過此頻散系統(tǒng)的輸出，即得某一模式對應(yīng)該激勵下的仿真信號，若激勵信號頻率為，則接收信號頻譜算式為 (3)(4)多導(dǎo)波模式疊加 對不同導(dǎo)波模式用步驟(1) (3)的方法分別求解，并疊加得多模式信號；超聲導(dǎo)波頻散補(bǔ)償(5)求頻散傳遞函數(shù)反函數(shù) 為實現(xiàn)對應(yīng)模式的頻散補(bǔ)償，求解上述步驟(2)所得傳遞函數(shù)的反函數(shù)，其表達(dá)式為(4)(6)導(dǎo)波模式頻散補(bǔ)償 用上式(4)對某一模式實現(xiàn)頻散補(bǔ)償，若頻散信號頻譜為，則頻散補(bǔ)償算式為 (5)超聲導(dǎo)波多模式分離算法(7)補(bǔ)償模式能量分離 對頻散補(bǔ)償結(jié)果分離出補(bǔ)償模式瞬時激勵以及欠補(bǔ)償模式的混合信號；能量分離的實現(xiàn)方法為1)若激勵可預(yù)先測定，直接去除激勵即得剩余模式信號；2)若激勵不可預(yù)先測定，分離出補(bǔ)償結(jié)果在零時刻附近的所有信號能量算為補(bǔ)償模式能量，剩余部分為欠補(bǔ)償模式能量；(8)頻散反補(bǔ)償 對步驟(7)分離結(jié)果反補(bǔ)償還原信號模式；反補(bǔ)償具體算式為 (6)其中為步驟(7)分離結(jié)果，為某一模式導(dǎo)波頻散信號，為對應(yīng)導(dǎo)波模式的傳遞函數(shù)表達(dá)式；(9)對剩余導(dǎo)波模式重復(fù)步驟(6) (8)，至分離所有模式。dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,dest_path_image030.jpg,552441dest_path_image018.jpg
1. 一種基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散補(bǔ)償與多模式分離算法，其特征在于具體步驟為超聲導(dǎo)波頻散仿真算法(1)計算群延遲對某一次激勵，由式(1)計算某導(dǎo)波模式各諧波成份所對應(yīng)群延遲
全文摘要
本發(fā)明屬于超聲技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種基于時域重排的超聲導(dǎo)波頻散補(bǔ)償與多模式分離算法。本發(fā)明主要包括三個部分，第一部分為超聲導(dǎo)波頻散的正向仿真算法，在已知波導(dǎo)介質(zhì)理論頻散曲線的情況下，可求解不同頻率成分的時延參數(shù)，從而獲得任意激勵下的多模式超聲導(dǎo)波時域信號；第二部分為逆向頻散補(bǔ)償算法，可利用頻散關(guān)系對單一模式導(dǎo)波各頻率成分實現(xiàn)不同程度的時延修正，從而將原持續(xù)時間較長的頻散模式能量壓縮為瞬時沖擊，使導(dǎo)波波形簡單，易于分析。第三部分為基于逆向頻散補(bǔ)償算法，可實現(xiàn)超聲導(dǎo)波的多模式分離。
文檔編號G06F19/00GK101982943SQ20101050266
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者他得安, 王威琪, 許凱亮 申請人:復(fù)旦大學(xué)