基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离方法

摘要

本发明属于超声技术领域,具体为一种基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离算法。本发明主要包括三个部分，第一部分为超声导波频散的正向仿真算法，在已知波导介质理论频散曲线的情况下，可求解不同频率成分的时延参数，从而获得任意激励下的多模式超声导波时域信号；第二部分为逆向频散补偿算法，可利用频散关系对单一模式导波各频率成分实现不同程度的时延修正，从而将原持续时间较长的频散模式能量压缩为瞬时冲击，使导波波形简单，易于分析。第三部分为基于逆向频散补偿算法，可实现超声导波的多模式分离。

主权项

1.一种基于时域重排的超声导波频散补偿与多模式分离方法，其特征在于具体步骤为：（1）计算群延迟：对某一次激励，由式（1）计算某导波模式各谐波成份所对应群延迟：（1）其中，为导波激励时刻，d为发射换能器和接收换能器距离,为某一导波模式群速度与频率的关系；（2）求频散传递函数：根据群延迟，求得对应导波模式的频散传递函数，其表达式为：（2）其中信号为积分初值；（3）超声导波频散的正向仿真：根据频散传递函数，求解激励信号通过此频散系统的输出，即得某一模式对应该激励下的仿真信号，若激励信号频率为，则接收信号频谱算式为：（3）（4）多导波模式叠加：对不同导波模式用步骤（1）-（3）的方法分别求解，并叠加得多模式信号；（5）求频散传递函数反函数：为实现对应模式的频散补偿，求解上述步骤（2）所得传递函数的反函数，其表达式为：（4）（6）导波模式频散补偿：用上式（4）对某一模式实现频散补偿，若频散信号频谱为，则频散补偿算式为：（5）（7）补偿模式能量分离：对频散补偿结果分离出补偿模式瞬时激励以及欠补偿模式的混合信号；能量分离的实现方法为：1）若激励可预先测定，直接去除激励即得剩余模式信号；2）若激励不可预先测定，分离出补偿结果在零时刻附近的所有信号能量算为补偿模式能量，剩余部分为欠补偿模式能量；（8）频散反补偿：对步骤（7）分离结果反补偿还原信号模式；反补偿具体算式为：（6）其中为步骤（7）分离结果，为某一模式导波频散信号，为对应导波模式的传递函数表达式；（9）对剩余导波模式重复步骤（6）-（8），至分离所有模式。