[发明专利]一种基于频域分模态叠加损伤成像方法

权利要求书

1.一种基于频域分模态叠加损伤成像方法，用于各向异性材料板结构，其特征在于，包括：

S01采用多通道信号阵列换能器采集各向异性材料板结构中的损伤信号，将采集的时空域信号转换成为频率-波数f-k域信号；

S02先对频率-波数f-k域信号进行自适应滤波，然后通过三维傅里叶变换，将频率-波数f-k域信号依据不同模态、不同传播方向在频率-波数域中进行分离，得到n阶对称分模态和反对称分模态信号；

所述自适应滤波算法具体为：

构建三维窗函数：

W(ω,k)＝w_f(ω)w_k(k) (4)

其中ω为圆频率，k为波数矢量，w_f(ω)为频域余弦滤波窗函数，用于选择不同中心频率的导波信号分量，w_k(k)为包含各个模态的信号波数域滤波窗函数；

对w_k(k)实施滤波信号处理，滤波后得到空间波数域信号，提取波数域信号，得到f-k域中不同模态的导波信号，所述波数域信号为：U_W(f,k_x,k_y)＝U(f,k_x,k_y)W(f,k_x,k_y)；

其中f为频率，k_x、k_y分别为x方向和y方向对应的波数，U和W分别为波率-波数域对应的谱值和三维窗函数；

所述通过三维傅里叶变换，将频率-波数f-k域信号依据不同模态、不同传播方向在频率-波数域中进行分离，具体为：

设阵列换能器的中心驱动单元位于坐标原点，经模态分离后M个阵列单元位于{S_m}(m＝1，2…M)，接收到的含损伤单一模态散射信号为：

R(t)＝[R₁(t) R₂(t) R₃(t) ... R_M(t)] (5)

式中，R₁(t)，R₂(t)…分别为对应的第1和第2个阵列单元接收到的散射时域信号，通过傅里叶变换获得散射信号频谱为：

R(ω)＝[R₁(ω) R₂(ω) R₃(ω) ... R_M(ω)] (6)

式中，R₁(ω)，R₂(ω)…分别为对应的第1和第2个阵列单元接收到的散射时域信号经傅立叶变换后的散射频域信号；

S03对步骤S02得到的各个分模态信号进行频散去除，如下式，将频散关系在中心圆频率附近进行Taylor级数展开，取一阶线性近似项:

式中，k是空间波数，ω_c为中心圆频率，c_p是相速度，c_g是群速度；

根据各向异性材料板结构中的波数曲线对频散去除后的信号进行偏斜角补偿，所述偏斜角为：

其中，波矢方向γ与群速度方向之间的夹角即为偏斜角β，群速度方向为能量传播方向θ，dk为波数的增量，dγ为角度γ的增量；

S04分别对步骤S03得到的各个分模态信号进行总聚焦成像，再对各分模态进行相应的延时处理，最后对各分模态的总聚焦成像进行叠加，叠加的公式如下式：

式中，I(x,y)为叠加后的谱值，R_m(ω)为通过傅立叶变换后获得的散射信号的频谱，θ_s为扫描波束指向角，β_s为由式(2)确定的偏斜角，d_m(x，y)为结构中扫查点到各传感单元的距离，m为多通道信号传感装置中的第m通道，M为总通道数，ω为i列信号叠加后所对应的中心处的角频率，ω＝2πf,ω_f为信号叠加后的总的空间频率。

2.根据权利要求1所述的基于频域分模态叠加损伤成像方法，其特征在于，所述步骤S04中的延时处理基于同相位叠加的原理。