专利名称：基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离算法的制作方法
技术领域：
本发明属于超声技术领域，具体涉及一种基于时域重排的超声导波频散信号仿 真、补偿与模式分离算法。
背景技术：
近十年来，超声导波在长距离无损检测方面的应用研究受到广泛关注。实际传播 中，超声波经常以反射与折射的形式与波导的边界发生相互作用，并发生纵波和横波间的 转换，由此产生的导波对传播介质所有的信息较为敏感，从而可被广泛地应用于工业管道、 工业板材、铁路轨道及长骨诊断等无损检测领域中。基于超声轴向传输技术，导波被成功地应用于长距离缺陷检测。但由于导波问题 相对复杂，通常以多模式形态在介质中传播，并伴随着各导波模式不同的频散特性，导致接 收导波大都为多模式的混合信号，这给进一步数据分析带来了困难。应用频散补偿方法，可对由频散造成的导波信号时域扩张加以补偿，从而将原来 持续时间较长的信号压缩为持续时间较短的冲击信号。Wilcox等提出利用已知的波数频率 曲线，将时域数据在传播距离域补偿，进而可有效定位某时刻某一导波模式的表面应力位 移分布情况[参考文献1]。在此基础上，Toiyamal等提出了一种改进型的脉冲压缩算法， 并应用于频散补偿，导波L(0，1)模式实验信号计算结果表明，此算法可在提高信噪比的同 时有效抑制导波频散[参考文献2]。另外，多项式映射技术也被应用于波数频率曲线的拟 合，即用多项式来近似单一模式导波波数频散曲线，从而实现该模式的时域补偿[参考文 献3] ο[参考文献 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针对频带较窄的单一导波模式的频散进行补偿。实际 上，接收到的导波通常为多模式信号，单一模式的导波信号激励方法也尚未成熟，无法普遍 适用。特别是包括长骨检测在内的某些医用超声导波分析领域，研究对象形态结构较为复 杂，更难于实现单一导波模式激励。故多模式导波补偿与分离有重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时域重排的超声导波频散信号仿真、补偿与模式 分离算法。本发明提供的基于时域重排的超声导波频散信号仿真、补偿与模式分离算法，可
(6)导波模式频散补偿 为ο Χω) ’其具体实现为
权利要求
一种基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离算法，其特征在于具体步骤为超声导波频散仿真算法(1)计算群延迟 对某一次激励，由式(1)计算某导波模式各谐波成份所对应群延迟 (1)其中，为导波激励时刻，d为发射换能器和接收换能器距离,为某一导波模式群速度与频率的关系；(2)求频散传递函数 根据群延迟，求得对应导波模式的频散传递函数，其表达式为 (2)其中信号为积分初值；(3)超声导波频散的正向仿真 根据频散传递函数，求解激励信号通过此频散系统的输出，即得某一模式对应该激励下的仿真信号，若激励信号频率为，则接收信号频谱算式为 (3)(4)多导波模式叠加 对不同导波模式用步骤(1) (3)的方法分别求解，并叠加得多模式信号；超声导波频散补偿(5)求频散传递函数反函数 为实现对应模式的频散补偿，求解上述步骤(2)所得传递函数的反函数，其表达式为(4)(6)导波模式频散补偿 用上式(4)对某一模式实现频散补偿，若频散信号频谱为，则频散补偿算式为 (5)超声导波多模式分离算法(7)补偿模式能量分离 对频散补偿结果分离出补偿模式瞬时激励以及欠补偿模式的混合信号；能量分离的实现方法为1)若激励可预先测定，直接去除激励即得剩余模式信号；2)若激励不可预先测定，分离出补偿结果在零时刻附近的所有信号能量算为补偿模式能量，剩余部分为欠补偿模式能量；(8)频散反补偿 对步骤(7)分离结果反补偿还原信号模式；反补偿具体算式为 (6)其中为步骤(7)分离结果，为某一模式导波频散信号，为对应导波模式的传递函数表达式；(9)对剩余导波模式重复步骤(6) (8)，至分离所有模式。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. 一种基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离算法，其特征在于具体步骤为超声导波频散仿真算法(1)计算群延迟对某一次激励，由式(1)计算某导波模式各谐波成份所对应群延迟
全文摘要
本发明属于超声技术领域,具体为一种基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离算法。本发明主要包括三个部分，第一部分为超声导波频散的正向仿真算法，在已知波导介质理论频散曲线的情况下，可求解不同频率成分的时延参数，从而获得任意激励下的多模式超声导波时域信号；第二部分为逆向频散补偿算法，可利用频散关系对单一模式导波各频率成分实现不同程度的时延修正，从而将原持续时间较长的频散模式能量压缩为瞬时冲击，使导波波形简单，易于分析。第三部分为基于逆向频散补偿算法，可实现超声导波的多模式分离。
文档编号G06F19/00GK101982943SQ20101050266
公开日2011年3月2日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者他得安, 王威琪, 许凯亮 申请人:复旦大学