[发明专利]基于时频分析的超声导波检测频率优选方法

说明书

本发明公开了一种基于时频分析的超声导波检测频率优选方法，该方法包括：根据检测需求选取超声导波检测频率上限和下限；在频率上限与下限之间的频率范围内按等间隔分出若干个频率点作为测点；以测点为激发频率进行导波检测；对每个测点的导波接收信号分别进行时频分析，得到每个测点导波接收信号的时频分析结果；将频率上限、下限以及所述频率范围内每次检测的时频分析结果分别以时间、频率为轴展开，并将对应时间点、频率点的值分别相加，绘制出导波检测中激发频率对应于所述频率范围的导波时频分析图；根据导波时频分析图，优选出合适的导波激发频率和分析频率/频段。本发明能够方优选出导波检测激发频率，还能得到导波检测的分析频率或频段。

技术领域

本发明涉及一种超声波导检测频率选择方法，尤其是一种基于时频分析的超声导波检测频率优选方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

超声导波检测(或超声导波探伤)是一种利用导波回波信号来获得被检构件表面或内部缺陷信息的无损检测方法。在某些行业内，习惯将对构件表面的无损检测称为“(无损)检测”，而将对构件内部的无损检测称为“探伤”。超声导波无损检测技术既可用于构件表面损伤的检测，也可用于内部缺陷的检测，因而在本发明中，对无损检测与探伤不作区分。

超声导波检测技术因具有单次检测距离长、检测效率高等优点而备受关注。选择频散效应弱、容易分离和识别、具有合适频率带宽的导波模态，是导波检测的关键。因此，超声导波检测的关键技术之一，是优选恰当的检测频率，包括激发和分析频段。在理论分析阶段，一般先计算出相应的频散曲线，再以此来选择合适的导波模态和激发中心频率。商用软件“Disperse”可用于计算和绘制板、管等构件的频散曲线[1]，Hayashi等发展了可计算任意截面构件频散曲线的半解析有限元法[2,3]，中国专利CN102354343A公开了基于特征频率法计算超声导波频散关系的方法。这些方法，或基于解析公式，或基于半解析有限元法，或基于有限元方法，可得出在关注的频率和波速范围内所有的导波模态和频散关系。

在实际检测中，可能被激发出来的导波模态除了和频率有关外，还和激发接收方案、换能器的特性及性能关系密切[4]。因此，实际检测中在确定合理的导波频率时，要结合具体的激发接收方案和所使用换能器的特性及性能。当前技术条件下一般采用扫频法，即在导波实验或导波检测中，对于确定的激发接收方案和换能器，使用窄带宽换能器在可能的频率范围内多次改变导波激发中心频率，再通过观察接收信号，选择出较为理想的检测频率。但该种方法对于模态数量较多、频散关系较复杂的构件时，难以从整体上获知其频散关系，检测频率选择过程带有较强的主观性和盲目性。其次，由于实际检测中往往存在构件磨耗或老化、换能器布置存在偏差等因素，导致实际最佳的导波激发频率与理论值相比有所偏移，因而理想的导波激发频率应满足当频率偏离一定范围时，导波检测仍能有较好的表现，以便适用于实际应用场景，但扫频实验只能评价某个激发频率点，难以评价具有一定带宽的频率区间。再次，导波在介质不连续处会产生模态转换，部分经模态转换后非频散的导波可被较好地接收，但通过现有方法难以确定合适的分析频段来分析这些导波。

参考文献：

[1]Pavlakovic B,Lowe M,Alleyne D,et al.Disperse:A General PurposeProgram for Creating Dispersion Curves[M]//Review of Progress in QuantitativeNondestructive Evaluation.1997:185-192.

[2]Hayashi T,Song W J,Rose J L.Guided wave dispersion curves for abar with an arbitrary cross-section,a rod and rail example.[J].Ultrasonics,2003,41(3):175-183.