[发明专利]一种基于时间反转及多径效应的一维构件应力波无损探伤方法

摘要

本发明属于构件无损检测和信号处理领域，具体涉及一种基于时间反转及多径效应的一维构件应力波无损探伤方法。本发明包括：(1)在发射元处向钢杆内发射高频高斯一阶导数脉冲信号；(2)确定信道的系统响应，接收元接收的回波是具有不同的幅值和时间延迟的信号的叠加；(3)选择反转时间T，在时域上在时间[0，T]内对首次接收回波进行时间反转处理；(4)将时间反转处理后的信号作为激励再次由发射元发射入钢杆。本发明相比于其他一维构件的无损探伤方法，应用时间反转解决了由于一维构件封闭空间和单端传感器限制条件下，由于复杂的多径效应产生的信号混叠与失真，可以在损伤处形成显著的聚焦场，使构件中的损伤可以被清晰检测出来。

主权项

一种基于时间反转及多径效应的一维构件应力波无损探伤方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在长度大于直径的钢杆一端放置收发合置传感器发射与接收信号，利用应力波在钢杆中的传播特性，在发射元处向钢杆内发射高频高斯一阶导数脉冲信号，在传播过程中经过边界的反射产生的横波和纵波，每次反射伴随发生横波和纵波的转换；s(t)为收发合置传感器发射的高频高斯一阶导数脉冲信号，λ和μ为拉密常数，为拉普拉斯算符，在发射元向钢杆中发射脉冲激励后，钢杆中的应力波传播为：(λ+μ)·▿▿p(r,t)+μ▿2p(r,t)-ρ∂2p(r,t)∂t2=s(t)·δ(r-rm);]]>(2)根据接收元首次接收的波形与激励脉冲的比，确定信道的系统响应，接收元接收的回波是具有不同的幅值和时间延迟的信号的叠加：u(t)=Σi=1∞Ais(t-τi);]]>Ai和τi分别为沿第i条路径传播的信号的幅值和时间延迟；用Ri表示第i条路径总长度，Api和Asi分别为沿第i条路径传播的P波、S波的幅度因子，包括指向性、距离因素，vp和vs分别为纵波与横波的波速，则首次接收回波为：u(t)=Σi=1∞Apis(t-Rivp)+Asis(t-Rivs);]]>(3)选择反转时间T，在时域上在时间[0，T]内对首次接收回波进行时间反转处理；(4)将时间反转处理后的信号作为激励再次由发射元发射入钢杆，再次激励的信号：u1(t)=Σi=1∞Apis[t-(T-Rivp)]+Asis[t-(T-Rivs)];]]>分析再次接收到的回波信号波形，得到基于时间反转和多径效应的一维构件应力波无损探伤方法良好的聚焦效果，以及对系统噪声的抑制效果,系统响应为：h(t)=u(t)s(t);]]>在整个探伤过程中存在的高斯白噪声，用n(t)表示，再次接收到的回波为：z(t)=c*y(-t)⊗h(t)⊗h(t)+n(t);]]>回波转换在频域上满足：Z(ω)＝Y8(ω)H(ω)H(ω)+N(ω)＝X8|H(ω)|4+cN8(ω)|H(ω)|2+N(ω)。