基于超声背向散射衰减系数谱的金属防伪辨识方法

摘要

本发明涉及一种基于超声背向散射衰减系数谱的金属防伪辨识方法，其通过参考样品预处理、采集时域信号、计算参考样品的衰减系数谱、计算参考样品中衰减系数谱的自相关系数、计算待测样品与参考样品衰减系数谱之间的相关系数五个步骤完成金属材料的真伪鉴别，本发明无需要对金属制品进行破坏，鉴别过程中也不会对其产生伤害，实现无损鉴别，此外，相对于传统的物理及化学鉴别方法来说，本发明单独鉴别即可得出金属真伪的结果，而且鉴别结果准确合理，相对鉴别方法简单，成本低廉，辨识速度快，还易于实现在线鉴别，适于推广应用。

主权项

一种基于超声背向散射衰减系数谱的金属防伪辨识方法，由以下步骤组成：(1)参考样品的预处理对厚度至少为3mm的金属参考样品，上下表面加工平行，并对其表面进行打磨、清洗干净；(2)采集时域信号设定脉冲接收/发射仪的脉冲宽度为100纳秒、脉冲重复频率为100Hz，将中心频率为5～20MHz的收发探头与脉冲接收/发射仪连接后置于参考样品的表面，收发探头发射超声波脉冲信号后接收回波信号，通过与脉冲接收/发射仪连接的示波器对该回波信号进行采样，采样速率为2.5Gs/s，采样5000次取平均值，得到参考样品的时域波形；(3)计算参考样品的衰减系数谱提取时域波形中始波与第一次底面回波之间的散射信号，截取参考样品时域散射信号的任一时间段中局域散射信号f(t)，其时域宽度为T，T小于提取的始波与第一次底面回波之间的散射信号的时域宽度，对f(t)进行N等份，N≥2，对应每份为f(t_i)，其中1≤i≤N，取其中任意相邻的两等份i和i+1段，加汉宁窗后进行傅里叶变换，得到对应的幅度谱，分别记为|F_i(jω)|和|F_i+1(jω)|，两者满足以下关系：$\left|F_{i+1}\left(\mathrm{j\omega }\right)\right|=e^{-2\alpha \left(\omega \right)\mathrm{\Delta d}}\left|F_i\left(\mathrm{j\omega }\right)\right|---\left(1\right)$式中α(ω)为衰减系数，Δd＝cT/N，c为超声波在参考样品中的传播速度；由式(1)得出：$\alpha \left(\omega \right)=\frac{\left[1n\right|F_i\left(\mathrm{j\omega }\right)|-1n|F_{i+1}\left(\mathrm{j\omega }\right)\left|\right]}{2\mathrm{\Delta d}}---\left(2\right)$(4)计算参考样品中衰减系数谱的自相关系数重复步骤(2)和(3)至少3次，得到不同的衰减系数谱，计算衰减系数谱间的自相关系数值，标记最大自相关系数值为r_b，最小自相关系数值为r_a，取中间值r＝(r_a+r_b)/2作为该参考样品的衰减自相关系数，阈值为Δ＝(r_b‑r_a)/2；(5)计算待测样品与参考样品衰减系数谱之间的相关系数将待测样品表面打磨并清洗干净，使其表面粗糙度与参考样品的粗糙度相同，将收发探头置于待测样品的表面上，待测样品上的测试位置以及收发探头与待测样品的耦合条件均与步骤(2)相同，重复步骤(2)和(3)至少3次，得到待测样品的衰减系数谱α_k(ω)，k为重复次数，计算参考样品与待测样品的衰减系数谱之间的相关系数值，标记最大相关系数值为r_b′，最小相关系数值为r_a′，取中间值r′＝(r_a′+r_b′)/2作为参考样品与待测样品之间的衰减相关系数；(6)防伪辨识金属材料将步骤(5)得到的参考样品与待测样品之间的衰减相关系数r′与步骤(4)的参考样品的衰减自相关系数r进行比较，若|r‑r′|≤Δ，则确定待测样品与参考样品的材料相同，否则为相异材料，完成金属防伪辨识；上述金属为在常温下化学性质稳定的固态纯金属或其二元、三元合金。