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原文传递基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法

专利名称：	基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法
摘要：	本发明公开了基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法：搭建激光超声表面波检测系统，具有宽频带的超声表面波信号由脉冲激光器激发产生并最终被压电薄膜换能器接收，结合小波基数学特性和对弱频散条件下声表面波处理要求选择最佳小波基，利用最佳小波基对所得声表面波信号进行多尺度分析，并对所得声表面波信号进行连续小波变换，提取相关信息计算得到三维小波系数图，通过提取时频域不同尺度的小波系数峰值的时间和频率信息，结合计算公式得到在弱频散条件下沿表面传播的声表面波信号频散曲线，并对所得频散曲线进行非线性高阶多项式拟合。本发明步骤简单、可操作性强，能够快速、准确的得到声表面波信号在弱频散条件下的频散曲线。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	崔新宇;林滨;刘雪莲
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910181746.X
公开号：	CN110057912A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	王蒙蒙
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	300350 天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区
主权项：	1.一种基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，搭建激光超声表面波检测系统，脉冲激光器(1)产生的脉冲激光束经过滤光片(2)的滤光作用和扩束准直镜(3)的扩束准直作用后，传播到激光束偏转聚焦机构后形成激光聚焦线，加载到测试样件(10)表面；步骤2，激光聚焦线内材料表面的短时局部加热会在测试样件(10)中产生表面超声脉冲，在超声脉冲传播一距离后，在测试样件(10)表面产生超声表面波，通过压电薄膜换能器(6)检测测试样件(10)表面产生的超声表面波信号；同时，使用光电探测器(7)用作同步触发装置；步骤3，根据步骤2检测到的超声表面波信号，结合小波基数学特性和对弱频散条件下声表面波处理要求选择最佳小波基；步骤4，利用步骤3获得的最佳小波基对步骤2所得的超声表面波信号进行多尺度分析，并对步骤2所得的超声表面波信号进行连续小波变换，提取时间、尺度信息计算得到三维小波系数图，通过提取时频域不同尺度的小波系数峰值的时间和频率信息，结合公式(1)得到在弱频散条件下沿表面传播的声表面波信号频散曲线，并对所得频散曲线进行非线性高阶多项式拟合；公式(1)如下所示：式中，C(f)为声表面波的传播不同频率成分的传播速度，f为频率，xl，xm为有效测量范围内的两个位置取值点，tl(f)和tm(f)表示在位置xl和xm上不同频率成分声表面波信号的到达时间。 2.根据权利要求1所述的基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，步骤1中，所述脉冲激光器(1)采用被动Q开关的二极管泵浦固态激光器。 3.根据权利要求1所述的基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，步骤1中，所述激光束偏转聚焦机构包括能调节激光束偏转的直角棱镜(4)和能将激光束聚焦为线性激光的柱面透镜(5)，实现偏转和聚焦功能。 4.根据权利要求3所述的基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，所述直角棱镜(4)和所述柱面透镜(5)设置在同一个支架上，所述支架的底部设置有位移台，所述位移台包括上移动板和下移动板，所述支架的底部固定连接在所述上移动板上并能随所述上移动板进行水平方向的移动，所述上移动板和下移动板之间设置有螺旋微调机构(11)，通过所述螺旋微调机构(11)实现所述上移动板水平方向的移动；所述螺旋微调机构(11)的精度为0.01mm。 5.根据权利要求1所述的基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，步骤2中，所述压电薄膜换能器(6)采用楔形PVDF压电薄膜换能器，所述楔形PVDF压电薄膜换能器包括电信号传导部件和载体金属块，所述电信号传导部件和载体金属块通过螺纹连接；所述电信号传导部件包括依次连接的压电薄膜(12)、钨棒(13)和SMA连接器(16)，所述钨棒(13)和SMA连接器(16)之间通过钢球(15)连接，所述钨棒(13)、钢球(15)和SMA连接器(16)的外侧包裹绝缘套管(14)从而实现所述电信号传导部件与载体金属块绝缘分离。 6.根据权利要求1所述的基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，步骤2中，所述光电探测器(7)采用频率为350MHz的光电探测器。 7.根据权利要求1所述的基于声表面波信号处理获得弱频散条件下频散曲线的方法，其特征在于，步骤3中，所述的选择最佳小波基，是对小波基数学特性进行分析，得到具有对称性、紧支性、正交性及N阶消失矩数学特性的小波基函数有Daubechies、Symlets、Coiflets；通过连续小波变换所得的频散曲线来衡量小波基的能力，最终选择Symlets 8为对声表面波信号经处理得到弱频散条件下频散曲线的最佳小波基。
所属类别：	发明专利