柱面结构损伤成像方法及电子设备与流程

本发明涉及无损检测与结构健康监测领域，特别是涉及一种柱面结构损伤成像方法及电子设备。

背景技术：

1、在复合材料储氢罐、压力容器及管道等柱面结构的无损检测中，超声导波概率层析成像是一种常用的损伤定位手段。该类方法通常将圆柱检测区域沿母线展开为矩形平面，并在展开平面上建立空间分布函数以重建损伤概率图像。但是，现有技术在处理展开平面时往往将其视为具有左右独立边界的平板结构，忽略了真实圆柱面在周向上的连续闭合特性。当导波传播路径跨越展开缝时，若仍按平面几何计算路径长度，会导致路径被错误拉长或遗漏，进而在展开缝附近区域产生成像盲区、伪影及定位偏差。此外，碳纤维增强复合材料具有显著的各向异性，不同铺层方向上的导波传播特性存在固有差异，若采用统一波速模型或绝对飞行时间进行反演，难以准确表征损伤位置。因此，亟需一种能够在展开平面成像中正确处理周向连续边界并适配材料传播特性的损伤成像方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术存在的柱面展开成像中周向连续边界处理不当导致边缘盲区及定位偏差的问题，提供一种柱面结构损伤成像方法及电子设备，以实现柱面检测区域周向连续边界的正确概率叠加与损伤精准定位。

2、本发明提供的一种柱面结构损伤成像方法，包括：

3、获取柱面检测区域的展开平面内多条传感路径的导波响应信号，并基于所述导波响应信号确定各条传感路径的路径损伤指标；

4、基于所述传感路径的激励源和接收源在所述展开平面中的位置，沿周向生成周期镜像源以构建候选源组合；

5、基于所述候选源组合的几何路径长度确定目标传播路径，并基于所述目标传播路径确定所述传感路径的空间分布贡献；

6、基于所述路径损伤指标和所述空间分布贡献，生成所述柱面检测区域的损伤概率分布。

7、在其中一个实施例中，所述基于所述候选源组合的几何路径长度确定目标传播路径，包括：保持所述激励源和所述接收源中的一者位置不变，沿所述周向平移另一者以生成所述周期镜像源，并将位置不变的所述一者与经平移得到的所述周期镜像源组合形成所述候选源组合；基于所述候选源组合对应的几何路径长度，从所述候选源组合中选择满足预设最短传播条件的组合作为所述目标传播路径。

8、在其中一个实施例中，所述基于所述候选源组合对应的几何路径长度，从所述候选源组合中选择满足预设最短传播条件的组合作为所述目标传播路径，包括：获取所述激励源与所述接收源在所述展开平面中的坐标以及所述柱面检测区域的周长；针对候选相对位移指标取值为零、正向平移一个所述周长以及反向平移一个所述周长三种情形，分别计算位置不变的所述一者与经平移得到的所述周期镜像源之间的几何路径长度；选取所述几何路径长度最小的所述候选相对位移指标对应的候选源组合作为所述目标传播路径；当存在两个以上所述候选相对位移指标对应的几何路径长度相等且均为最小值时，将对应的所述候选源组合按相同权重计入所述空间分布贡献。

9、在其中一个实施例中，所述基于所述导波响应信号确定各条传感路径的路径损伤指标，包括：获取同一所述传感路径的基准响应信号和当前响应信号；基于所述当前响应信号与所述基准响应信号的差异确定所述路径损伤指标；其中，所述几何路径长度用于构造所述空间分布贡献的权重参数，不参与基于绝对飞行时间的损伤位置反演。

10、在其中一个实施例中，所述基于所述当前响应信号与所述基准响应信号的差异确定所述路径损伤指标，包括：计算所述当前响应信号与所述基准响应信号之间的信号相关性差异、幅值变化率和飞行时间变化率中的至少一种；对所述信号相关性差异、所述幅值变化率和所述飞行时间变化率中的至少一种进行加权融合，得到所述路径损伤指标。

11、在其中一个实施例中，所述基于所述目标传播路径确定所述传感路径的空间分布贡献，包括：针对所述展开平面内的像素点，基于所述像素点的位置、所述目标传播路径对应的激励源位置和接收源位置，计算距离比值；基于所述距离比值和预设的椭圆扩展参数，通过空间分布函数计算所述传感路径对所述像素点的空间分布贡献；其中，所述距离比值为所述像素点至激励源的距离与至接收源的距离之和除以激励源与接收源之间的距离；当所述距离比值大于等于1且小于所述椭圆扩展参数时，所述空间分布函数的取值随所述距离比值增大而减小；当所述距离比值大于等于所述椭圆扩展参数时，所述空间分布函数的取值为零。

12、在其中一个实施例中，所述方法还包括：对所述损伤概率分布进行归一化处理；识别归一化后的损伤概率分布中满足预设条件的局部峰值区域；将所述局部峰值区域在所述展开平面中的位置坐标映射至所述柱面检测区域的周向位置和轴向位置，生成损伤定位结果。

13、在其中一个实施例中，所述获取柱面检测区域的展开平面内多条传感路径的导波响应信号，包括：通过沿所述柱面检测区域的周向间隔布置的多个传感器形成所述多条传感路径；采集所述多条传感路径对应的导波响应信号。

14、在其中一个实施例中，所述基于所述距离比值和预设的椭圆扩展参数，通过空间分布函数计算所述传感路径对所述像素点的空间分布贡献，包括：获取所述柱面检测区域中纤维增强层的铺层角度信息，并基于所述铺层角度信息确定所述展开平面中的材料主刚度方向；基于所述材料主刚度方向与所述展开平面坐标轴的夹角，对所述展开平面施加仿射坐标变换，得到与所述材料主刚度方向对齐的归一化坐标系；其中，所述距离比值基于所述像素点在所述归一化坐标系中至所述激励源和所述接收源的归一化距离确定。

15、在其中一个实施例中，所述方法还包括：当所述目标传播路径对应的候选相对位移指标非零时，将所述目标传播路径确定为跨缝传播路径；基于所述周期镜像源在所述展开平面中的周向方位，确定所述跨缝传播路径对应的有效周向传播半区；其中，所述有效周向传播半区为所述展开平面中以垂直于周向且经过所述激励源与所述接收源的周向坐标中点的直线为界、并包含所述周期镜像源一侧的半平面区域；将所述跨缝传播路径对应的空间分布贡献乘以半平面掩模函数，所述半平面掩模函数在所述有效周向传播半区内取值为1，在所述有效周向传播半区外取值为0，并在跨所述有效周向传播半区边界的预设宽度过渡带内自1线性过渡至0。

16、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

17、当所述目标传播路径对应的候选相对位移指标非零时，将所述目标传播路径确定为跨缝传播路径；

18、基于所述周期镜像源在所述展开平面中的周向方位，确定所述跨缝传播路径对应的有效周向传播半区；其中，所述有效周向传播半区为所述展开平面中以垂直于周向且经过所述激励源与所述接收源的周向坐标中点的直线为界、并包含所述周期镜像源一侧的半平面区域；

19、将所述跨缝传播路径对应的空间分布贡献乘以半平面掩模函数，所述半平面掩模函数在所述有效周向传播半区内取值为1，在所述有效周向传播半区外取值为0，并在跨所述有效周向传播半区边界的预设宽度过渡带内自1线性过渡至0。

20、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

21、计算任一像素点的所述空间分布贡献时，仅计入所述候选源组合中所述几何路径长度最小的候选源组合；当两个以上所述候选源组合中任意两者的所述几何路径长度之差均小于预设近简并阈值时，将所述两个以上候选源组合均确定为所述目标传播路径，并将计入所述像素点的所述空间分布贡献在各所述目标传播路径之间，按各候选源组合的所述几何路径长度的倒数比例进行分拆，且分拆后各权重之和等于所述空间分布贡献按单一候选源组合计入时的取值；

22、将所述展开平面在所述周向上的边界的位置确定为第一展开缝位置；将所述第一展开缝位置沿所述周向平移预设间距，得到第二展开缝位置，所述预设间距为沿所述柱面检测区域的周向间隔布置的相邻两个传感器之间的间距；

23、基于同一组所述导波响应信号，分别以所述第一展开缝位置和所述第二展开缝位置为所述展开平面在所述周向上的边界独立执行成像，得到第一损伤概率分布和第二损伤概率分布；

24、将所述第一损伤概率分布和所述第二损伤概率分布分别映射至同一柱面坐标系，在所述柱面坐标系下逐像素点取最小值，得到一致性融合损伤概率分布；

25、将所述一致性融合损伤概率分布中满足预设条件的局部峰值识别为损伤定位结果，并将仅出现在以所述第一展开缝位置为边界的成像结果中、或仅出现在以所述第二展开缝位置为边界的成像结果中的局部峰值判定为展开缝依赖伪影并予以剔除。

26、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方案所述的柱面结构损伤成像方法。

27、上述柱面结构损伤成像方法及电子设备，通过在展开平面内沿周向生成周期镜像源并构建候选源组合，基于几何路径长度确定目标传播路径，使得跨越展开缝的传感路径能够以符合真实圆柱面周向连续性的几何关系参与成像计算，避免了传统平面边界处理导致的路径错误拉长或遗漏，从而消除了展开缝附近的成像盲区与伪影，提高了损伤定位的稳定性与准确性。

28、进一步的，通过获取同一传感路径的基准响应信号与当前响应信号的差异来确定路径损伤指标，并将几何路径长度仅作为空间分布贡献的权重参数而不参与绝对飞行时间反演，使得材料铺层方向、路径长度及传感器耦合状态引起的固有传播差异被同路径基准吸收，降低了对统一波速模型的依赖，提升了在各向异性复合材料结构中的成像适应性。

29、此外，通过引入基于铺层角度信息的仿射坐标变换，将展开平面转换至与材料主刚度方向对齐的归一化坐标系中计算距离比值，修正了各向异性介质中波前传播的非圆形特征，使空间分布函数更贴合实际能量扩散形态；同时，针对跨缝传播路径设置半平面掩模函数及线性过渡带，约束了虚拟源贡献的有效作用区域，抑制了因周期延拓引入的非物理路径干扰，进一步提升了近缝区域损伤成像的信噪比与分辨率。