超声散斑两次谱相关法位移测量研究

【作者】 褚俊； 沈磊； 罗志华； 宋斌； 朱鸿茂；

【机构】 华中科技大学力学系；

【摘要】 当超声入射在介质粗糙面上时,其背向散射波和折射波会在空间相互干涉,形成振幅和相位随机分布的散斑场。如同激光散斑一样,背向散射超声散斑的分布、特性及其变化包含了散射界面的位移和变形的信息,由此,它可用于界面位移和变形的测量。超声散斑相关法位移测量与激光电子散斑相关法位移测量的原理基本一致,但激光散斑单色性好,在相关法测量中应用散斑强度的灰度值来构建数据矩阵;而超声散斑信号是一个短脉冲串,单色性差,其强度是超声带宽内各种频率干涉波声强的叠加,因此各处散斑强度差别不大,对此所采取的措施是对所有采集点的超声散斑信号做频谱分析,各取其中心频率F_C的振幅谱值作为各点信号的特征量来组成数据矩阵,然后将位移前后的样本子区间矩阵与目标子区间矩阵进行相关运算。根据所搜索到的相关系数的最大值C_C(u,v),可以确定测点的位移量u和v。但相关系数C_C(u,v)经常是一个多峰值的函数,为避免主峰的误判,本文引入了超声散斑两次谱相关法。其过程为,在对所有采集点的超声散斑信号做频谱分析时,再各取频率F_d的振幅谱值作为各点信号的特征量来组成另外一个数据矩阵,同样对它们位移前后的样本子区间矩阵与目标子区间矩阵进行相关运算,获得相关系数函数C_d(u,v)。比较C_C(u,v)和C_d(u,v)各峰值,它们相重合或基本重合的极值峰,就是相关系数主峰。实验证明,超声散斑两次谱相关法不仅能有效地避免相关系数主峰的误判,同时提高了位移测量精度。更多还原