一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法

本发明涉及一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，属于无损检测与结构健康检测领域，该方法可通过单次编码激励的方式来模拟双次编码激励的结果，避免传统二相互补序列两次传输时带来的解码误差和检测效率降低等问题，更有利于实际工况的在线快速检测。

背景技术：

1、电磁超声通过电磁耦合的方式来激励和接收超声波，因其非接触、衰减小、无需耦合剂等优点适宜于高温在线、粗糙表面等复杂工况的检测，如锅炉水冷壁管腐蚀缺陷检测、450℃高温顺磁钢检测等应用场合。但其换能效率较低导致接收的回波信号信噪比低，这会严重限制其发展与应用。为了提高现有超声检测系统的回波信噪比和距离分辨率，国内外学者们引入超声编码激励和脉冲压缩技术来改善这一现状。具体而言，脉冲压缩技术通过发射宽脉冲激励，经匹配滤波后获得窄脉冲，这样在保障宽脉冲的强检测能力的同时兼顾窄脉冲的高距离分辨率。在常见的编码信号中，单次及双次编码激励的相位编码信号代表分别为巴克码(barker code)、格雷码(golay code)。在单次超声编码激励中，北京航空航天大学的zhou zhenggan等(2014)选用13位巴克码信号作为激励信号，将脉冲压缩与小波滤波方法相结合来解决空气耦合超声信号在成型复合材料层合板缺陷检测中回波信号信噪比低的难题。遗憾的是，传统的barker码只有少数可用的码长，且最大位数仅为13，这会极大地限制编码超声激励技术的应用。故二相互补序列可作为更为理想的编码信号，其优点在于无码长的限制且其理论上的压缩解码结果可输出无旁瓣的脉冲压缩信号。以常用的golay码为例，fan zeng等(2022)提出一种巴克码与格雷码卷积的混合编码激励方法以改善巴克码编码长度的限制，并将其应用于超声导波检测中，结果表明，该方法可有效提高油气管道检测系统回波信号的信噪比。

2、在超声编码激励技术中，传统二相互补序列通常采用双次编码激励和接收解码的方式来实现输出，这会存在增加检测结果误差并降低检测效率的问题。针对上述问题，本发明方法基于超声编码激励原理，采用一种单次编码激励的方式，通过单次激励互补a码的方式求取对应的互补b码来达到a、b码两次激励的效果，并将该方法应用于电磁超声检测中，从理论和实验上验证了该方法的可行性。实验结果可表明，该方法可有效避免双次编码激励时带来的解码误差问题并提高在线快速检测能力，同时在超声编码激励波形选择上提供了更多的可选项。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，采用单次编码激励的方式来模拟双次编码激励的结果。该方法采用单次激励的方式获取对应互补序列的检测结果，实现单次编码激励与解码输出，提高在线快速检测能力，避免多次测量时传感器与试样的相对扫查位置变化、检测系统输出功率不一致等问题带来的解码误差。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，所述电磁超声单次编码为16位golay码，该方法包括：

4、①互补a码编码激励；

5、当采用单次编码激励时，选用16位golaya码激励获取超声参考信号ar(n)及超声回波信号ae(n)。在搭建的电磁超声检测系统中，可通过示波器实时读取反馈的参考信号及超声回波信号。

6、②构造标准激励信号；

7、此时，构造同频率的16位golaya码、16位golay b码的标准激励信号a(n)、b(n)。其中，标准激励信号可视为以某一频率正弦波为载波，并按编码序列排列而成的一段正弦脉冲信号。

8、③求解互补b码激励结果；

9、由上述获取的多个信号，则16位golay b码激励时的参考信号br(n)通过标准信号a(n)、b(n)及参考信号ar(n)求得。随后，16位golay b码激励时的回波信号be(n)通过参考信号ar(n)、br(n)及回波信号ae(n)求得。

10、④脉冲压缩；

11、在获取16位golay(a,b)码激励的参考信号、回波信号的基础上，将参考信号与相应的回波信号进行相关运算处理。这一过程涉及到脉冲压缩，并输出解码结果。

12、⑤矢量加合；

13、将16位golaya码、16位golay b码得到的解码输出进行矢量加合达到消除旁瓣的同时并提高主瓣幅值，输出最终的解码信号。

14、本发明可以获得如下有益效果：

15、1.基于传统二相互补序列的编解码总体方案，通过单次激励互补a码、ab码激励转换因子、脉冲压缩与矢量加合等一系列处理过程实现单次编码激励与解码总体方案。与传统双次编码激励相比，该方案可通过单次编码激励的方式来模拟双次激励的结果。此外，该方案可避免在多次测量时传感器与试样的相对移动、检测系统输出功率不一致等问题带来的解码误差。

16、2.较传统双次编码激励技术相比，单次编码激励方案可提高在线检测效率，拓宽检测应用场景，同时在编码信号的选择上提供了更多的可选项。

技术特征：

1.一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，包括互补a码编码激励、构造标准激励信号、求解互补b码激励结果、脉冲压缩及矢量加合处理过程；其特征在于：单次激励互补a码获取参考信号及回波信号，通过ab码激励转换因子获取互补b码激励的结果；将互补a码与b码的激励结果进行脉冲压缩及矢量加合处理获取最终的解码输出结果；其中，互补b码激励时的参考信号通过互补a码编码激励时获取的参考信号及构造的互补a、b码标准激励信号求取；随后，互补b码激励时的回波信号可通过求取的互补b码的参考信号、互补a码的参考信号及回波信号求取；后续的解码输出过程与单次编码激励过程一致。

2.根据权利要求1所述的一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，其特征在于：在搭建的电磁超声检测系统中，采用互补a码激励时获取其对应的参考信号及回波信号。

3.根据权利要求1所述的一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，其特征在于：构造同频率的互补a码标准激励信号、互补b码标准激励信号，基于互补a码激励时的参考信号及回波信号，求解对应的互补b码激励时的参考信号及回波信号。

4.根据权利要求1所述的一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，其特征在于：将互补a、b码激励时的参考信号及回波信号进行脉冲压缩处理，获取解码输出结果；随后，将两者输出的解码结果进行矢量加合以消除旁瓣并提高主瓣幅值来提高输出信号的信噪比。

5.根据权利要求1所述的一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，其特征在于：通过单次激励互补a码及ab码激励转换因子的方式求解互补b码激励的结果来达到a、b码两次激励的结果，避免多次测量时传感器与试样的相对位置变化、检测系统输出功率不一致带来的解码误差，同时提高了在线检测效率。

技术总结
本发明公开了一种适用于二相互补序列的电磁超声单次编码激励方法，该方法可通过单次编码激励的方式来模拟双次编码激励时的解码结果。在激励互补A码时获取其对应的参考信号及A扫信号，通过构造互补A、B码对应的标准信号，采用AB码激励转换因子获取对应互补B码的激励结果，从而实现单次激励获取双次编码激励的解码结果。该方法有效避免了电磁超声检测过程中多次测量时传感器与试样的检测位置变化、系统输出功率不一致等问题带来的解码误差，同时提高了在线检测效率，拓宽了超声编码激励技术中二相互补序列的应用场景。

技术研发人员：刘增华,程进杰,郭彦弘,李金龙,苏梦琦
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18