[发明专利]一种基于共轭梯度优化方法反演的多参数测量方法

说明书

本发明公开了一种基于共轭梯度最优化方法反演的多参数测量方法，属于测控技术领域，首先得到三层结构的实验回波信号。然后建立正演模型，设定各层的模型参数，得到正演观测波形。计算实验回波数据和正演观测波形之间的差异作为残差，利用残差求解梯度值。进行最优步长的选取，利用当前迭代位置、当前更新方向以及最优步长更新迭代位置，并计算新的残差。设置终止条件或最大迭代次数，若满足终止条件或达到最大迭代次数则停止迭代计算输出更新后的迭代位置，否则继续计算反演的梯度系数β，利梯度系数对更新方向进行更新。重复迭代过程直至迭代停止。本发明实现了在一次反演过程中高效测量得到粘接层纵波声速、横波声速和密度等多物理参数。

技术领域

本发明涉及属于测控技术领域，尤其涉及一种基于共轭梯度最优化方法反演的多参数测量方法。

背景技术

多层结构材料是指由金属、树脂基、陶瓷基等数层基体不同的材料或结构粘接热压而成的新材料，因为其具有良好的机械性能和热力学性能，被广泛应用于航空航天，特种设备，工业通用技术设备，军用武器设备等众多领域。多层结构粘接质量好坏直接影响到结构整体性能，对整体结构的使用性、稳定性以及使用寿命都有重要影响。其中，中间粘接层的脱粘、粘接剂缺失、厚度超差(过厚或者过薄)会导致使用过程中整个结构的失效，造成重大事故和不可估量的经济损失。

多层结构粘接质量好坏与粘接层物理特性参数密切相关，加入不同配比的偶联剂和固化剂将得到不同物理特性参数的粘接层，决定着材料的使用特性。一般情况下，粘接层声速或密度异常区域为粘接的薄弱环节，通常是由偶联剂配比不恰当或是粘接剂涂抹不均匀导致。因此，通过测量多层结构粘接层横纵波声速、密度、厚度等物理特性参数可以对多层结构可靠性做出评价。

由于多层结构粘接层厚度较薄，且多层结构各层之间声阻抗差异较大，在粘接层-下层结构交界面产生的二界面反射回波较弱，无法得到明显的界面回波信息，通过常规方法无法测量粘接薄层的声速、密度和厚度。此外，由于密度参数与许多声学参数相互耦合，超声测量试样密度是一件较为困难的事情。综上，亟待研究新型厚度测量方法，解决上述多层结构中间粘接薄层横纵波声速、密度、厚度等多物理特性参数测量难题。地球物理勘探领域复杂地质结构的全波形反演方法能够有效的重构地下物理特性参数，可通过采用全波形反演方法测量多层结构粘接层的多个物理特性参数。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于共轭梯度最优化方法反演的多参数测量方法，实现了在一次反演过程中测量得到粘接层纵波声速、横波声速和密度，解决了因为参数之间相互耦合而无法单独测量的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于共轭梯度优化方法反演的多参数测量方法，采用该方法针对三层结构的材料进行多参数测量，三层结构由上层结构、粘接层和下层结构粘接组成，多参数测量方法包括如下步骤：

S1：采用超声脉冲从上层结构的上表面垂直入射，得到三层结构的实验回波信号。

S2：针对三层结构建立正演模型，设定各层的模型参数，其中粘接层的模型参数为设定的初值，将粘接层模型参数设定的初值代入正演模型中，进行弹性波全波形正演，得到正演观测波形。

S3：计算实验回波数据和正演观测波形之间的差异作为残差，利用残差求解梯度值。

S4：应用线搜索方法进行最优步长的选取。

S5：利用当前迭代位置、当前更新方向以及最优步长更新迭代位置，并计算新的残差。

S6:设置终止条件及最大迭代次数，若满足终止条件或达到最大迭代次数则停止迭代计算输出更新后的正演模型，否则执行S7。

S7：使用Fletcher-Reeves CG方法计算反演的梯度系数β，利用梯度系数计算新的更新方向。

S8：按照计算出的新的更新方向对正演模型进行更新，获得更新后的正演观测波形，返回S3。