[发明专利]一种超声导波传播距离稀疏估计方法及其检测系统

说明书

本发明公开了一种超声导波传播距离稀疏估计方法及其检测系统，所述方法包括以下步骤：获取被测结构目标模态超声导波的频率‑波数曲线，以不同传播距离下的单位脉冲响应信号为原子，构建过完备字典库，获取被测结构的单位脉冲响应信号，以过完备字典库为信号基，建立单位脉冲响应信号的稀疏表示模型，求解稀疏表示模型得到超声导波传播的距离谱。本发明相比现有技术，所得距离谱结果具有更高的距离域分辨率、更高准确度和抗干扰效果。

技术领域

本发明属于超声波技术领域，特别是一种超声导波传播距离稀疏估计方法及其检测系统。

背景技术

结构健康监测技术主要针对重大装备和重要经济基础设施，对提高其安全性、降低维护成本、保证人民群众生命安全等具有重要的工程意义和应用价值。超声导波，如薄板结构中的Lamb波，具有对结构表面和内部损伤都敏感、可长距离传播的特点，是结构健康监测中一种重要的工具。基于超声导波的结构健康监测技术是一种主动式的结构健康监测技术，是结构健康监测领域的重要发展方向之一。

在超声导波结构健康监测领域中，对测量得到的超声导波信号进行传播距离估计是十分重要的。对超声导波传播距离估计的精确度及估计分辨率的高低，将直接影响对结构损伤点个数和位置的判断。不精确的和低分辨率的估计方法，会造成对结构中损伤的误报和漏报。超声导波传播距离估计的精确度和分辨率受频散效应的影响，而频散效应又是超声导波的固有属性之一，不能通过无限压缩激励信号的时域波包宽度来提高对传播距离的估计。

现已提出的时间-距离域映射法，通过补偿频散效应，可以将频散扩散的时域波包压缩至于激励信号相同宽度的距离域波包，但该方法不可避免地引起波包畸变，且只能补偿单一模态波包，对多模态超声导波不适用，在多模态存在是可能是导致更加频散的结果，且其不能突破激励信号的宽度，因此限制了对传播距离高精度和高分辨率估计的进一步提高。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种超声导波传播距离稀疏估计方法及其检测系统，克服了现有技术中的超声导波传播距离精度低、分辨率低的缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种超声导波传播距离稀疏估计方法包括以下步骤：

第一步骤中，获取被测结构目标模态超声导波的频率-波数曲线k(ω)，ω为频率，根据被测结构的厚度和材料参数获取所述频率-波数曲线k(ω)，或者基于测量响应信号提取目标模态的所述频率-波数曲线k(ω)，

第二步骤中，以不同传播距离下的单位脉冲响应信号为原子，构建过完备字典库，其中，根据目标模态超声导波在结构中的传播模型，通过所述频率-波数曲线k(ω)得到目标模态的超声导波的单位脉冲响应信号e^-jk(ω)x，其中，e为自然常数，为单位虚数，x为超声导波的传播距离；对波数均匀化离散化得到M个离散点k₁，k₂，…，k_M，对距离均匀化离散化得到N个离散点x₁，x₂，…，x_N，并以此构造字典原子，其中第i个字典原子的构造表达式如下：

其中，1≤i≤N，且i为正整数，上标T为矩阵转置操作；将各个字典组合得到过完备字典库ψ，ψ＝[ψ₁，ψ₂，…，ψ_N]；

第三步骤中，获取被测结构的单位脉冲响应信号，其中，结合激励信号，从测量响应信号中提取被测结构的单位脉冲响应信号H_s(ω)并根据频率-波数曲线k(ω)变换到波数域得到H_s(k)，其中k为目标模态波数，离散化后组成一个列向量h_s；