CN108918678B - 利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置，可以对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；将所述非线性超声系数和小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值。由于本发明使用了非线性超声检测待测物品的劣化参数，因此无需对待测物品进行破坏。同时，本发明对超声信号进行小波变换，具有多分辨率和局部分析的优势，提高了检测的准确性和稳定性。

Description

利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置

技术领域

本发明涉及超声检测领域，特别涉及利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置。

背景技术

承受高温、高压工况的工件大量采用金属材料，如发电厂、化工厂的高温高压管道、管件、阀门等。随着服役时间延长，金属材料逐渐老化，导致金属工件的安全性和稳定性降低。

通过检测金属工件的劣化参数可以确定金属工件的老化程度，进而可以及时对老化较严重的金属工件进行及时的更换。现有的劣化参数检测方法一般为取样检测法，即：通过破坏性方法(如割管、整体剖切等)对待测金属工件取样，然后通过长时高温蠕变试验(试验周期数千到数万小时)、短时高温拉伸试验等试验手段对取样的工件的劣化参数进行检测。

由于现有技术需要对待测金属工件取样，因此可能会损坏待测金属工件。同时，除管道部件外的其他承受高温、高压的部件(如联箱、阀体、缸体等)通常不允许破坏性取样。当然，除金属工件外，其他材料的工件也可能存在相同问题。

因此，如何在不对工件进行损坏的前提下实现劣化参数的检测仍是本领域一个亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置，以通过非线性超声检测物品的劣化参数。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法，包括：

对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；

对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；

根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；

将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值，其中，所述第一方程的因变量为所述第一劣化参数的取值且所述第一方程与所述第一劣化参数对应。

可选的，在所述对待测物品进行非线性超声检测前，所述方法还包括：

获得材料与所述待测物品相同的多个定标样品，其中，各定标样品的第一劣化参数的取值已知；

对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数；

根据各定标样品的第一劣化参数的取值、小波系数以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数的取值，其中，所述待拟合方程为第一劣化参数与非线性超声系数、小波系数的关联方程；

将所述待拟合方程中的未知系数修改为所确定的取值，获得所述第一方程。

可选的，所述小波系数为W_i，其中，i为小波系数的编号，i为自然数，所述根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数，包括：

根据公式

β＝W₂/W₁ ²

γ＝W₃/W₁ ³

计算得到该定标样品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该定标样品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂＝2F₁，F₃＝3F₁。

可选的，所述待拟合方程为：

其中，C为第一劣化参数，k₁、k₂和f_i为所述待拟合方程的未知系数，m为小波系数的个数，

为残差。

可选的，所述根据各定标样品的第一劣化参数的取值、小波系数以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数的取值，包括：

根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数k₁和k₂的取值；

对每个定标样品，根据公式：

计算获得该定标样品的残差

根据各定标样品的残差以及小波系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的f_i的取值。

一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置，包括：信号获得单元、小波系数获得单元、超声系数获得单元和劣化参数获得单元，

所述信号获得单元，用于对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；

所述小波系数获得单元，用于对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；

所述超声系数获得单元，用于根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；

所述劣化参数获得单元，用于将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值，其中，所述第一方程的因变量为所述第一劣化参数的取值且所述第一方程与所述第一劣化参数对应。

可选的，所述装置还包括：样品获得单元、样品检测单元、系数拟合单元和方程获得单元，

所述样品获得单元，用于在所述信号获得单元对待测物品进行非线性超声检测前，获得材料与所述待测物品相同的多个定标样品，其中，各定标样品的第一劣化参数的取值已知；

所述样品检测单元，用于对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数；

所述系数拟合单元，用于根据各定标样品的第一劣化参数的取值、小波系数以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数的取值，其中，所述待拟合方程为第一劣化参数与非线性超声系数、小波系数的关联方程；

所述方程获得单元，用于将所述待拟合方程中的未知系数修改为所确定的取值，获得所述第一方程。

可选的，所述小波系数为W_i，其中，i为小波系数的编号，i为自然数，所述样品检测单元具体设置为：

对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据公式

β＝W₂/W₁ ²

γ＝W₃/W₁ ³

计算得到该定标样品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该定标样品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂＝2F₁，F₃＝3F₁。

可选的，所述待拟合方程为：

其中，C为第一劣化参数，k₁、k₂和f_i为所述待拟合方程的未知系数，m为小波系数的个数，

为残差。

可选的，所述系数拟合单元包括：初次拟合子单元、残差确定子单元和二次拟合子单元，

所述初次拟合子单元，用于根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数k₁和k₂的取值；

所述残差确定子单元，用于对每个定标样品，根据公式：

计算获得该定标样品的残差

所述二次拟合子单元，用于根据各定标样品的残差以及小波系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的f_i的取值。

通过上述技术方案，本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置，可以对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值。由于本发明使用了非线性超声检测待测物品的劣化参数，因此无需对待测物品进行破坏。同时，本发明对超声信号进行小波变换，具有多分辨率和局部分析的优势，提高了检测的准确性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法及装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

如图1所示，本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法，可以包括：

S100、对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；

其中，待测物品可以为金属材料或其他材料的物品，本发明在此不做限定。

具体的，本发明可以通过非线性超声设备对待测物品进行超声检测，该非线性超声设备包括：发射端超声换能器和接收端超声换能器。其中，发射端超声换能器将非线性超声信号发射到待测物品上，该非线性超声信号在待测物品上进行传导，然后被接收端超声换能器接收。

可选的，发射端超声换能器的中心频率可以位于区间[2.5，10]MHz内。

可选的，接收端超声换能器的中心频率可以为发射端超声换能器的中心频率的两倍。

S200、对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；

其中，小波变换(Wavelet Transform，WT)是一种变换分析方法，它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的“时间-频率”窗口，是进行信号时频分析和处理的理想工具。它的主要特点是通过变换能够充分突出问题某些方面的特征，能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了傅立叶变换的困难问题。

传统的傅里叶变换方法无法观测信号的局部频域特性，所以在处理长度有限且非稳态的的信号方面存在一定的不足，容易出现伪信号，影响测量的精度。本发明采用小波分析的方法进行信号的时频转换，具有多分辨率和局部分析的优势，克服了傅里叶变换的不足，对于一定时间区间内的信号进行聚焦，从而得到多分辨率的频域信号，有效地提取非线性超声信号中的二次谐波和三次谐波信号，并且利用这些特征信号与样品的性能劣化参数之间建立关联方程，提高了测量的准确性和稳定性。

具体的，本发明采用的小波变换方法可以具体为mallat算法或者小波包分解算法。其中，本发明可以通过公式

计算小波系数，其中，W(a,b)为小波系数，t为积分变量，f(t)为特征光谱图中的谱线强度数据构成的原函数，ψ_a，b(t)为小波函数，ψ^*为小波函数的共轭函数，a为小波函数的缩放参数，b为小波函数的平移参数。

在实际应用中，本发明可以获得发射端超声换能器的中心频率对应的小波系数，本发明还可以获得该中心频率的二倍频以及三倍频分别对应的小波系数。

S300、根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；

具体的，本发明可以根据公式

β＝W₂/W₁ ²

γ＝W₃/W₁ ³

计算得到该待测物品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该待测物品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂＝2F₁，F₃＝3F₁。S400、将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值，其中，所述第一方程的因变量为所述第一劣化参数的取值且所述第一方程与所述第一劣化参数对应。

所述第一劣化参数可以为：持久强度、蠕变强度、析出物数量、晶粒度或硬度。

其中，第一方程可以为：

其中，C为第一劣化参数，k₁、k₂和f_i为第一方程的系数。

本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法，可以对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值。由于本发明使用了非线性超声检测待测物品的劣化参数，因此无需对待测物品进行破坏。同时，本发明对超声信号进行小波变换，具有多分辨率和局部分析的优势，提高了检测的准确性和稳定性。

在实际应用中，本发明可以通过对定标样品检测来确定该第一方程的系数。具体的，在第一方程的系数未知时，该第一方程为待拟合方程。如图2所示，本发明实施例提供的另一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法，在步骤S100前，还可以包括：

S001、获得材料与所述待测物品相同的多个定标样品，其中，各定标样品的第一劣化参数的取值已知；

在实际应用中，本发明可以分别针对每种材料进行劣化参数对应的待拟合方程中未知系数的确定。

S002、对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数；

其中，步骤S002进行非线性超声检测时所使用的非线性超声的频率可以和步骤S100非线性超声检测时所使用的非线性超声的频率相同。

进一步，步骤S002进行小波变换后获得小波系数对应的各频段可以和步骤S200进行小波变换后获得小波系数对应的各频段。

例如：步骤S002进行小波变换后获得小波系数对应的各频段分别为：(0，3]MHz、(3，6]MHz和(6，9]MHz，则步骤S200进行小波变换后获得小波系数对应的各频段也分别为：(0，3]MHz、(3，6]MHz和(6，9]MHz。

其中，所述小波系数可以为W_i，其中，i为小波系数的编号，i为自然数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数的具体过程可以包括：

根据公式

β＝W₂/W₁ ²

γ＝W₃/W₁ ³

计算得到该定标样品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该定标样品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂＝2F₁，F₃＝3F₁。

其中，本发明实施例进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率可以位于区间[2.5，10]MHz内。

S003、根据各定标样品的第一劣化参数的取值、小波系数以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数的取值，其中，所述待拟合方程为第一劣化参数与非线性超声系数的关联方程；

其中，待拟合方程可以为：

其中，C为第一劣化参数，k₁、k₂和f_i为所述待拟合方程的未知系数，m为小波系数的个数，

为残差。

具体的，数据拟合的方式可以有多种，如最小二乘拟合。

在实际应用中，步骤S003可以具体包括：

根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数k₁和k₂的取值；

对每个定标样品，根据公式：

计算获得该定标样品的残差

根据各定标样品的残差以及小波系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的f_i的取值。

其中，本发明在确定k₁和k₂的取值时可以首先忽略残差，即待拟合方程变为：C＝k₁β+k₂γ，然后根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合确定k₁和k₂的取值。在确定k₁和k₂的取值后，本发明就可以确定各定标样品的残差，进而对残差进行二次拟合，从而确定f_i的取值。

S004、将所述待拟合方程中的未知系数修改为所确定的取值，获得所述第一方程。

为方便理解，下面举例说明：

假设有n个材料与所述待测物品相同的定标样品，定标样品的编号分别为1至n，各定标样品的第一劣化参数的取值分别为C₁至C_n。

对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数W_i，其中，i为小波系数的编号，该编号与定标样品的编号相同。具体的，每个定标样品的W_i可以为多个，分别与不同的频段对应。根据该定标样品的多个频段对应的小波系数W_i确定该定标样品的非线性超声系数β_i和γ_i。

至此，可以得到材料与所述待测物品相同的n个定标样品的第一劣化参数的取值：C₁至C_n，也可以得到上述n个定标样品中每个定标样品的小波系数W₁至W_m，也可以得到上述n个定标样品的非线性超声系数：β₁至β_n，以及γ₁至γ_n。其中，m为每个定标样品的小波系数的个数。

这样，通过上述C₁至C_n、β₁至β_n、γ₁至γ_n就可以进行数据拟合，得到公式

C＝k₁β+k₂γ

中的未知系数k₁和k₂的取值。

但上述公式忽略了残差，使用A代表残差，则可以通过A＝C-k₁β-k₂γ计算得到各定标样品的残差，例如：A₁＝C₁-k₁β₁-k₂γ₁。因此，本发明可以获得各定标样品的残差：A₁至A_n。

由于

因此，本发明可以通过A₁至A_n，以及每个定标样品的W₁至W_m进行数据拟合获得f_i的取值。

这样，本发明就可以确定待拟合方程

中各未知系数的取值，从而确定第一劣化参数与非线性超声系数、小波系数的关联方程。在获得该关联方程后，就可以通过图1所示方法获得待测物品的第一劣化参数的取值。

与上述方法相对应，本发明实施例还提供了一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置。

如图3所示，本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置，可以包括：信号获得单元100、小波系数获得单元200、超声系数获得单元300和劣化参数获得单元400，

所述信号获得单元100，用于对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；

其中，待测物品可以为金属材料或其他材料的物品，本发明在此不做限定。

具体的，本发明可以通过非线性超声设备对待测物品进行超声检测，该非线性超声设备包括：发射端超声换能器和接收端超声换能器。其中，发射端超声换能器将非线性超声信号发射到待测物品上，该非线性超声信号在待测物品上进行传导，然后被接收端超声换能器接收。

可选的，发射端超声换能器的中心频率可以位于区间[2.5，10]MHz内。

可选的，接收端超声换能器的中心频率可以为发射端超声换能器的中心频率的两倍。

所述小波系数获得单元200，用于对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；

其中，小波变换(Wavelet Transform，WT)是一种变换分析方法，它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的“时间-频率”窗口，是进行信号时频分析和处理的理想工具。它的主要特点是通过变换能够充分突出问题某些方面的特征，能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了傅立叶变换的困难问题。

传统的傅里叶变换方法无法观测信号的局部频域特性，所以在处理长度有限且非稳态的的信号方面存在一定的不足，容易出现伪信号，影响测量的精度。本发明采用小波分析的方法进行信号的时频转换，具有多分辨率和局部分析的优势，克服了傅里叶变换的不足，对于一定时间区间内的信号进行聚焦，从而得到多分辨率的频域信号，有效地提取非线性超声信号中的二次谐波和三次谐波信号，并且利用这些特征信号与样品的性能劣化参数之间建立关联方程，提高了测量的准确性和稳定性。

具体的，本发明采用的小波变换方法可以具体为mallat算法或者小波包分解算法。其中，本发明可以通过公式

计算小波系数，其中，W(a,b)为小波系数，t为积分变量，f(t)为特征光谱图中的谱线强度数据构成的原函数，ψ_a,b(t)为小波函数，ψ^*为小波函数的共轭函数，a为小波函数的缩放参数，b为小波函数的平移参数。

在实际应用中，本发明可以获得发射端超声换能器的中心频率对应的小波系数，本发明还可以获得该中心频率的二倍频以及三倍频分别对应的小波系数。

所述超声系数获得单元300，用于根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；

具体的，超声系数获得单元300可以设置为根据公式

β＝W₂/W₁ ²

γ＝W₃/W₁ ³

计算得到该待测物品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该待测物品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂＝2F₁，F₃＝3F₁。所述劣化参数获得单元400，用于将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值，其中，所述第一方程的因变量为所述第一劣化参数的取值且所述第一方程与所述第一劣化参数对应。

所述第一劣化参数可以为：持久强度、蠕变强度、析出物数量、晶粒度或硬度。

其中，第一方程可以为：

其中，C为第一劣化参数，k₁和k₂为第一方程的系数。

本发明实施例提供的一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置，可以对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值。由于本发明使用了非线性超声检测待测物品的劣化参数，因此无需对待测物品进行破坏。同时，本发明对超声信号进行小波变换，具有多分辨率和局部分析的优势，提高了检测的准确性和稳定性。

在实际应用中，本发明可以通过对定标样品检测来确定该第一方程的系数。具体的，在第一方程的系数未知时，该第一方程为待拟合方程。如图4所示，在图3所示装置基础上，本发明实施例提供的另一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置还可以包括：样品获得单元001、样品检测单元002、系数拟合单元003和方程获得单元004，

所述样品获得单元001，用于在所述信号获得单元对待测物品进行非线性超声检测前，获得材料与所述待测物品相同的多个定标样品，其中，各定标样品的第一劣化参数的取值已知；

在实际应用中，本发明可以分别针对每种材料进行劣化参数对应的待拟合方程中未知系数的确定。

所述样品检测单元002，用于对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数；

其中，样品检测单元002进行非线性超声检测时所使用的非线性超声的频率可以和信号获得单元100进行非线性超声检测时所使用的非线性超声的频率相同。

进一步，样品检测单元002进行小波变换后获得小波系数对应的各频段可以和小波系数获得单元200进行小波变换后获得小波系数对应的各频段相同。

例如：步骤S002进行小波变换后获得小波系数对应的各频段分别为：(0，3]MHz、(3，6]MHz和(6，9]MHz，则步骤S200进行小波变换后获得小波系数对应的各频段也分别为：(0，3]MHz、(3，6]MHz和(6，9]MHz。

其中，所述小波系数为W_i，其中，i为小波系数的编号，i为自然数，所述样品检测单元002可以具体设置为：

对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据公式

β＝W₂/W₁ ²

γ＝W₃/W₁ ³

计算得到该定标样品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该定标样品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂＝2F₁，F₃＝3F₁。其中，本发明实施例进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率可以位于区间[2.5，10]MHz内。

所述系数拟合单元003，用于根据各定标样品的第一劣化参数的取值、小波系数以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数的取值，其中，所述待拟合方程为第一劣化参数与非线性超声系数、小波系数的关联方程；

其中，所述系数拟合单元003可以包括：初次拟合子单元、残差确定子单元和二次拟合子单元，

所述初次拟合子单元，用于根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数k₁和k₂的取值；

所述残差确定子单元，用于对每个定标样品，根据公式：

计算获得该定标样品的残差

所述二次拟合子单元，用于根据各定标样品的残差以及小波系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的f_i的取值。

其中，本发明在确定k₁和k₂的取值时可以首先忽略残差，即待拟合方程变为：C＝k₁β+k₂γ，然后根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合确定k₁和k₂的取值。在确定k₁和k₂的取值后，本发明就可以确定各定标样品的残差，进而对残差进行二次拟合，从而确定f_i的取值。

所述方程获得单元004，用于将所述待拟合方程中的未知系数修改为所确定的取值，获得所述第一方程。

其中，待拟合方程可以为：

其中，C为第一劣化参数，k₁、k₂和f_i为所述待拟合方程的未知系数，m为小波系数的个数，

为残差。

具体的，数据拟合的方式可以有多种，如最小二乘拟合等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用非线性超声检测物品劣化参数的方法，其特征在于，包括：

对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；

对所述超声信号进行小波变换，获得N个频段对应的小波系数；其中，N≥3且N为正整数，所述N个频段至少包括中心频率的频段、二倍频率的频段和三倍频率的频段；

根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数γ和β；其中，β为根据二倍频率计算得到的系数，γ为根据三倍频率计算得到的系数；

将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值，其中，所述第一方程的因变量为所述第一劣化参数的取值且所述第一方程与所述第一劣化参数对应；

其中，所述第一方程的获取过程包括：

获得材料与所述待测物品相同的多个定标样品，其中，各定标样品的第一劣化参数的取值已知；

对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数；

根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数k₁和k₂的取值；

对每个定标样品，根据公式：

计算获得该定标样品的残差

；

根据各定标样品的残差以及小波系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应 的待拟合方程中的f_i的取值；其中，所述待拟合方程为：

，C为第 一劣化参数，k₁、k₂和f_i为所述待拟合方程的未知系数，m为小波系数的个数，

为 残差；其中，W_i为小波系数，i为小波系数的编号，i为自然数；f_i为与W_i对应的残差拟合系数；

将所述待拟合方程中的未知系数修改为所确定的取值，获得所述第一方程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数γ和β，包括：

根据公式

β= W₂/ W₁ ²

γ= W₃/ W₁ ³

计算得到该定标样品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该定标样品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂=2F₁，F₃=3F₁。

3.一种利用非线性超声检测物品劣化参数的装置，其特征在于，包括：样品获得单元、样品检测单元、系数拟合单元、方程获得单元、信号获得单元、小波系数获得单元、超声系数获得单元和劣化参数获得单元，

所述信号获得单元，用于对待测物品进行非线性超声检测，获得所述待测物品输出的超声信号；

所述小波系数获得单元，用于对所述超声信号进行小波变换，获得多个频段对应的小波系数；

所述超声系数获得单元，用于根据所述小波系数确定所述待测物品的非线性超声系数；

所述劣化参数获得单元，用于将所述非线性超声系数和所述小波系数作为自变量带入与所述待测物品的材料对应的第一方程中，获得所述待测物品的第一劣化参数的取值，其中，所述第一方程的因变量为所述第一劣化参数的取值且所述第一方程与所述第一劣化参数对应；

所述样品获得单元，用于在所述信号获得单元对待测物品进行非线性超声检测前，获得材料与所述待测物品相同的多个定标样品，其中，各定标样品的第一劣化参数的取值已知；

所述样品检测单元，用于对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据该定标样品的多个频段对应的小波系数确定该定标样品的非线性超声系数；

所述系数拟合单元，用于根据各定标样品的第一劣化参数的取值、小波系数以及非线 性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数的 取值，其中，所述待拟合方程为：

，C为第一劣化参数，k₁、k₂和f_i为所 述待拟合方程的未知系数，m为小波系数的个数，

为残差；其中，W_i为小波系数，i为 小波系数的编号，i为自然数；f_i为与W_i对应的残差拟合系数；

所述方程获得单元，用于将所述待拟合方程中的未知系数修改为所确定的取值，获得所述第一方程；

其中，所述系数拟合单元包括：初次拟合子单元、残差确定子单元和二次拟合子单元，

所述初次拟合子单元，用于根据各定标样品的第一劣化参数的取值以及非线性超声系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的未知系数k₁和k₂的取值；

所述残差确定子单元，用于对每个定标样品，根据公式：

计算获得该定标样品的残差

；

所述二次拟合子单元，用于根据各定标样品的残差以及小波系数进行数据拟合，确定与所述定标样品的材料对应的待拟合方程中的f_i的取值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述样品检测单元具体设置为：

对每一个定标样品：对该定标样品进行非线性超声检测，获得该定标样品输出的超声信号，对该定标样品输出的超声信号进行小波变换，获得该定标样品的多个频段对应的小波系数，根据公式

β= W₂/ W₁ ²

γ= W₃/ W₁ ³

计算得到该定标样品的非线性超声系数γ和β，其中，W₁为对该定标样品进行非线性超声检测时使用的发射端超声换能器的中心频率F₁所在的频段对应的小波系数，W₂为频率F₂所在的频段对应的小波系数，W₃为频率F₃所在的频段对应的小波系数，其中，F₂=2F₁，F₃=3F₁。

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