[发明专利]非线性超声波束混叠计算方法及系统

说明书

本发明提供了一种非线性超声波束混叠计算方法及系统，包括：非线性响应获取步骤：设定输入信号函数的形式，获得超声波传播介质的结构内某一观测点的非线性响应；相位改变步骤：改变输入信号函数的相位，再次获得该观测点处的非线性响应；算术平均获取步骤：将前两次得到的非线性响应进行叠加并取其一半，即得到算术平均值；信号处理步骤：对叠加后得到的新结果进行信号处理，分析其中的高次谐波和谐振波等频率成分。本发明在非线性超声波束混叠响应分析中，通过正反相响应叠加法的使用，可以有效地将偶数阶高次谐波和谐振波成分提取出来，显著将基频波成分的影响大幅削弱，简便、直观且高效。

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，具体地，涉及非线性超声波束混叠计算方法及系统。尤其地，涉及一种基于正反相响应叠加法的非线性超声波束混叠计算方法。

背景技术

基于线性理论的超声波技术在微损伤和早期损伤检测的敏感度等方面存在许多不足，近年来发展起来的非线性超声波检测方法能够利用超声波在结构中传播时产生的非线性响应，即输出信号在频率上的改变来对其做出评价，可以深入到微观层面识别材料的性能退化，对损伤早期阶段微观结构的改变具有很高的检测灵敏度。由于材料在发生明显失效前经常会表现出一些非线性力学特征，非线性超声探伤具有广泛而重要的应用前景。

在非线性波传播问题中，在路径上交汇的两列波可能导致第三列波的产生。由于具有空间、模式、频率和方向选择性等多种内在优势，并且对损伤早期阶段微观结构改变具有很高检测灵敏度的特点，针对波束混叠方法这一非线性超声检测技术的理论和实验研究方兴未艾。

两列波混叠过程中产生谐振波和高次谐波等多种成分，由于材料非线性的存在，各种成分在动态的扩展过程中会进一步发生相互作用，产生更加复杂的非线性响应。由于谐振波和高次谐波成分与基频波成分相比，在幅值和能量上要低一个数量级以上，采用目前的计算方法得到的结果中由于基频波成分的主导地位，往往很难直观分辨出谢振波与高次谐波成分的存在，因此有必要采用一种新的基于正反相响应叠加法的非线性超声波束混叠计算方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种非线性超声波束混叠计算方法及系统。

根据本发明提供的一种非线性超声波束混叠计算方法，包括：

非线性响应获取步骤：设定输入信号函数的形式，获得超声波传播介质的结构内某一观测点的非线性响应；

相位改变步骤：改变输入信号函数的相位，再次获得该观测点处的非线性响应；

算术平均获取步骤：将前两次得到的非线性响应进行叠加并取其一半，即得到算术平均值；

信号处理步骤：对叠加后得到的新结果进行信号处理，分析其中的高次谐波和谐振波等频率成分。

优选地，所述非线性超声波束混叠计算方法针对的超声波传播介质，包括：各向同性材料、各向异性材料。

优选地，所述非线性超声波束混叠包括：两列超声波共线混叠与非共线混叠两大类情况；

对于共线混叠情形，激励声波所选用的模式包括：两列纵波反向共线、两列纵波同向共线、纵波与剪切波反向共线和纵波与剪切波同向共线四种情况；

对于非共线混叠情形，激励声波所选用的模式包括：两列纵波、两列剪切波和纵波与剪切波三种情况。

优选地，所述非线性相应获取步骤：

设混叠的非线性超声波束为两列反向共线混叠的纵波，在弹性半空间的边界上施加两列与时间相关的线性载荷，其函数形式如下：

其中，

表示左端y＝0处y方向上的质点速度分量；