[发明专利]频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法及装置

权利要求书

1.一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取待测平板，在所述待测平板上设置Lamb波发射电磁超声换能器和Lamb波接收电磁超声换能器；

S2，在所述Lamb波发射电磁超声换能器中施加超声激励信号以发出Lamb波信号；

S3，通过所述Lamb波接收电磁超声换能器接收所述Lamb波信号，对所述Lamb波信号进行放大、滤波和采样得到检测数据；

S4，根据所述Lamb波信号得到所述超声激励信号频率范围内不同模态Lamb波的群速度，并根据所述Lamb波信号计算不同模态Lamb波的时频分布特性；

S5，通过最小二乘法将所述时频分布特性拟合为多项式时频关系，其中，所述多项式时频关系的表达式为：

其中，c_k为多项式系数，n为多项式的次数，t为时间，M为拟合的多项式时频关系的个数；

S6，获取高斯函数，通过所述多项式时频关系对所述高斯函数进行调制，对调制后的高斯函数进行伸缩变换生成多项式时频域基函数集合，其中，所述高斯函数为：

其中，e为自然底数，t为时间；

所述多项式时频域基函数集合表达式为：

其中，j为虚数单位，s为伸缩系数，e为自然底数；

S7，通过匹配追踪算法将所述检测数据在所述多项式时频域基函数集合中进行分解，得到与所述检测数据匹配的基函数，利用与所述检测数据匹配的基函数进行信号重构，并计算重构误差，其中，所述重构误差为：

其中，y(t)为所述检测数据，α_n为所述检测数据在所述多项式时频域基函数集合上分解得到的投影系数，P为分解过程的迭代次数；

S8，判断所述重构误差是否小于预设误差值，若是，则执行S8，若不是，则执行S7，重新进行分解；

S9，对与所述检测数据匹配的基函数进行处理得到所述检测数据中Lamb波的不同模态，提取与所述检测数据匹配的基函数的瞬时频率，根据瞬时频率获得所述检测数据中Lamb波的不同模态的走时数据；

S10，将不同模态的走时数据和模态对应的群速度相乘，得到缺陷位置和所述Lamb波接收电磁超声换能器之间的距离。

2.根据权利要求1所述的频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法，其特征在于，所述超声激励信号为汉宁窗调制的正弦窄带信号，所述超声激励信号表达式为：

其中，H(t)为阶跃函数，N为周期数，t为时间，f_C为所述超声激励信号的中心频率。

3.根据权利要求1所述的频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法，其特征在于，

所述Lamb波发射电磁超声换能器和所述Lamb波接收电磁超声换能器包括永磁体和密绕螺旋线圈，所述永磁体放置于所述密绕螺旋线圈上方。

4.一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位装置，其特征在于，包括：

设置模块，用于获取待测平板，在所述待测平板上设置Lamb波发射电磁超声换能器和Lamb波接收电磁超声换能器；

激发模块，用于在所述Lamb波发射电磁超声换能器中施加超声激励信号以发出Lamb波信号；

采集模块，用于通过所述Lamb波接收电磁超声换能器接收所述Lamb波信号，对所述Lamb波信号进行放大、滤波和采样得到检测数据；

计算模块，用于根据所述Lamb波信号得到所述超声激励信号频率范围内不同模态Lamb波的群速度，并根据所述Lamb波信号计算不同模态Lamb波的时频分布特性；

拟合模块，用于通过最小二乘法将所述时频分布特性拟合为多项式时频关系，其中，所述多项式时频关系的表达式为：

其中，c_k为多项式系数，n为多项式的次数，t为时间，M为拟合的多项式时频关系的个数；

生成模块，用于获取高斯函数，通过所述多项式时频关系对所述高斯函数进行调制，对调制后的高斯函数进行伸缩变换生成多项式时频域基函数集合，其中，所述高斯函数为：

其中，e为自然底数，t为时间；

所述多项式时频域基函数集合表达式为：

其中，j为虚数单位，s为伸缩系数，e为自然底数；

分解模块，用于通过匹配追踪算法将所述检测数据在所述多项式时频域基函数集合中进行分解，得到与所述检测数据匹配的基函数，利用与所述检测数据匹配的基函数进行信号重构，并计算重构误差，其中，所述重构误差为：

其中，y(t)为所述检测数据，α_n为所述检测数据在所述多项式时频域基函数集合上分解得到的投影系数，P为分解过程的迭代次数；

判断模块，用于判断所述重构误差是否小于预设误差值，若是，则执行处理模块，若不是，则执行所述分解模块，重新进行分解；

所述处理模块，用于对与所述检测数据匹配的基函数进行处理得到所述检测数据中Lamb波的不同模态，提取与所述检测数据匹配的基函数的瞬时频率，根据瞬时频率获得所述检测数据中Lamb波的不同模态的走时数据；

定位模块，用于将不同模态的走时数据和模态对应的群速度相乘，得到缺陷位置和所述Lamb波接收电磁超声换能器之间的距离。