[发明专利]混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法

权利要求书

1.一种混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，针对混凝土坝病害的先验信息，采用人工免疫算法优化设计具有稀疏特性的二维随机稀疏阵列换能器，即得到稀疏阵列相控阵超声探测阵元的布置形式；

步骤2，根据稀疏阵列超声相控阵探测阵元的布置形式，在混凝土坝表面设置相控阵超声探头阵列；

步骤3，由计算机控制系统计算出超声阵元的延迟时间，发送至信号变送器；信号变送器产生不同延迟效果的超声波信号，发送至超声探头阵列；超声波通过超声探头阵列在混凝土坝内部传导，采用扇形扫描的方式对混凝土坝进行病害探测；超声波扫描的反馈信号由超声信号采集器采集后传输至计算机控制系统；

所述扇形扫描具体为：根据混凝土坝的结构和病害探测的精细度要求，设置u根扫描线，每根扫描线上设置v个采样点，每采集完一根扫描线后进行下一根扫描线的采集，从而获得u×v个采样数据；

步骤4，计算机控制系统接收到超声波扫描的反馈信号后，采用{(r,θ),g}的极坐标形式进行数据存储，同时利用二维灰度图像重构方法重建相控阵超声探测灰度图像，从而得到混凝土坝的二维灰度信息图，以判别病害的位置和严重程度；其中，(r,θ)为采样点在扇形扫描中的位置信息，θ为该采样点所在的扫描线与第1根扫描线之间的夹角，r为该采样点和所在扫描线上第1个采样点之间的距离；g为该采样点所采集超声波数据的灰度归一化病害程度。

2.根据权利要求1所述的混凝土坝病害的稀疏阵列超声相控阵探测方法，其特征在于，步骤1中所述采用人工免疫算法优化设计具有稀疏特性的二维随机稀疏阵列换能器，即得到稀疏阵列相控阵超声探测阵元的布置形式，具体为：

101，设置反映冗余度的稀疏参数，对满阵冗余系统探头阵列进行免疫算法模拟；

102，设置编码参数为k，设k=0进行初始化，并随机选择初始化抗体群体P(k)；

103，对初始化抗体群体P(k)与抗原进行亲和度检验评估；

104，对初始化抗体群体P(k)按照亲和度评估大小降序排序，选择亲和度排序较高的前50%的抗体群体P_H(k)进行自适应克隆繁殖扩增，得到抗体群体P_M(k)，所构造的适应度函数为：

Fit=k1ML+k2SL=k1Σi=1n(|BM0-BMi|/BM0)+k2Σi=1n(|BS0-BSi|/BS0)]]>

式中，ML和SL分别为阵列脉冲回波响应的主瓣和旁瓣特性；k₁和k₂分别为主瓣和旁瓣特性的加权值；BM₀和BS₀分别表示满阵冗余系统的脉冲回波主瓣和旁瓣宽度；BM_i和BS_i分别为稀疏阵列在第i个方向的主瓣和旁瓣宽度；n为稀疏阵列空间相应效果的评判方向数；

105，利用变异算子对克隆繁殖抗体群体P_M(k)进行变异，产生新一代抗体种群P_N(k)；

106，从新一代抗体种群PN(k)中选择一定量抗体代替初始化抗体群体P(k)中亲和度排序较低的后50%的抗体群体，产生新一代种群P(k+1)；

107，进行优化准则评判，若不满足，则返回步骤103；若满足，则循环终止，从而得到稀疏阵列相控阵超声探测阵元的布置形式。