基于超聲背向散射衰減系數譜的金屬防偽辨識方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于超聲背向散射衰減系數譜的金屬防偽辨識方法，其通過參考樣品預處理、采集時域信號、計算參考樣品的衰減系數譜、計算參考樣品中衰減系數譜的自相關系數、計算待測樣品與參考樣品衰減系數譜之間的相關系數五個步驟完成金屬材料的真偽鑒別，本發明無需要對金屬制品進行破壞，鑒別過程中也不會對其產生傷害，實現無損鑒別，此外，相對于傳統的物理及化學鑒別方法來說，本發明單獨鑒別即可得出金屬真偽的結果，而且鑒別結果準確合理，相對鑒別方法簡單，成本低廉，辨識速度快，還易于實現在線鑒別，適于推廣應用。
【專利說明】基于超聲背向散射衰減系數譜的金屬防偽辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬的鑒別【技術領域】，特別涉及一種基于超聲背向散射衰減系數譜的 金屬防偽辨識方法。
【背景技術】
[0002] 金屬材料的防偽辨識技術具有廣闊而十分重要的應用背景.工業生產中，由于全 球資源逐漸減少導致貴重金屬價格一路攀升，不法企業可能會如古希臘那位制作王冠的工 匠一樣，采用合金或其他欺詐手段替代貴金屬降低產品成本，以次充好，若無科學手段對其 防偽辨識則會給生產和生活帶來重大損失.實際在金屬貴重文物防偽辨識、軍事裝備等諸 多的重大應用中，尤其需要具備極高分辨能力的金屬防偽辨識技術.
[0003]目前，常用的金屬材料的鑒別方法有物理鑒別和化學鑒別。其中，物理鑒別方法是 針對金屬的宏觀物理特征及金屬在物理過程中表現出的微觀特征進行的。常用的有感官鑒 另|J、斷口鑒別和火花鑒別等。
[0004] 由于物理鑒別方法簡便易行、現場性好，分析精度可從定性到半定量，對于一般常 用金屬材料，此方法能夠滿足，但是其存在一定的局限性，有些鑒別方法是有損的，需要對 金屬制品進行破壞后才能進行鑒別，而且其誤差都較大，有時不準確。
[0005] 化學鑒別是根據化學反應來分析金屬的組成成分來鑒別是何種金屬。常用的化學 成分分析方法有滴定分析方法、重量分析法和容量分析法等。其中，滴定分析法是充分利用 化學反應的計量關系來實現定量分析，這種計量關系可以是直接的，也可以是間接的；重量 分析法是指采用適當的分離手段，使金屬中被測定元素與其它成分分離，然后用稱重法來 測元素含量。容量分析法是用標準溶液（已知濃度的溶液）與金屬中被測元素完全反應， 然后根據所消耗標準溶液的體積計算出被測定元素的含量。
[0006] 化學方法相對比較準確，但是其鑒別過程而且在鑒別時發生化學反應，對金屬制 品會造成損傷。也有將上述的鑒別方法混合使用來鑒別，但是混合鑒別使其鑒別方法相對 復雜、成本較高。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術中金屬鑒別方法中所存在的不足，本發明提供了一種對鑒別金 屬無損傷、結果準確、辨識速度快并且易于實現在線鑒別的基于超聲背向散射衰減系數譜 的金屬防偽辨識方法。
[0008] 本發明解決上述技術問題所采用的技術方案由以下步驟組成：
[0009] (1)參考樣品的預處理
[0010] 對厚度至少為3mm的金屬參考樣品，上下表面加工平行，并對其表面進行打磨、清 洗干凈；
[0011] (2)采集時域信號
[0012] 設定脈沖接收/發射儀的脈沖寬度為100納秒、脈沖重復頻率為100Hz，將中心頻 率為5?20MHz的收發探頭與脈沖接收/發射儀連接后置于參考樣品的表面，收發探頭發 射超聲波脈沖信號后接收回波信號，通過與脈沖接收/發射儀連接的示波器對該回波信號 進行采樣，采樣速率為2. 5Gs/s，采樣5000次取平均值，得到參考樣品的時域波形；
[0013] (3)計算參考樣品的衰減系數譜
[0014] 提取時域波形中始波與第一次底面回波之間的散射信號，截取參考樣品時域散射 信號的任一時間段中局域散射信號f(t)，其時域寬度為T，T小于提取的始波與第一次底 面回波之間的散射信號的時域寬度，對f(t)進行N等份，N> 2,對應每份為f(ti)，其中 1 <i<N，取其中任意相鄰的兩等份i和i+1段，加漢寧窗后進行傅里葉變換，得到對應的 幅度譜，分別記為iFjjco) |和|Fi+1(j?) |，兩者滿足以下關系：
[0015] |Fi+1(j?) | =，(…，加）| (1)
[0016] 式中a(〇)為衰減系數，Ad=cT/N，c為超聲波在參考樣品中的傳播速度；
[0017] 由式⑴得出：
【權利要求】
1. 一種基于超聲背向散射衰減系數譜的金屬防偽辨識方法，由以下步驟組成： (1) 參考樣品的預處理 對厚度至少為3_的金屬參考樣品，上下表面加工平行，并對其表面進行打磨、清洗干 凈； (2) 采集時域信號 設定脈沖接收/發射儀的脈沖寬度為100納秒、脈沖重復頻率為100Hz，將中心頻率為 5?20MHz的收發探頭與脈沖接收/發射儀連接后置于參考樣品的表面，收發探頭發射超聲 波脈沖信號后接收回波信號，通過與脈沖接收/發射儀連接的示波器對該回波信號進行采 樣，采樣速率為2. 5Gs/s，采樣5000次取平均值，得到參考樣品的時域波形； (3) 計算參考樣品的衰減系數譜 提取時域波形中始波與第一次底面回波之間的散射信號，截取參考樣品時域散射信號 的任一時間段中局域散射信號f(t)，其時域寬度為T，T小于提取的始波與第一次底面回波 之間的散射信號的時域寬度，對f⑴進行N等份，N彡2,對應每份為f Ui)，其中1彡i彡N， 取其中任意相鄰的兩等份i和i+1段，加漢寧窗后進行傅里葉變換，得到對應的幅度譜，分 另IJ記為IFi(Jco)I和|Fi+1(j?)|，兩者滿足以下關系：
(4) 計算參考樣品中衰減系數譜的自相關系數 重復步驟（2)和（3)至少3次，得到不同的衰減系數譜，計算衰減系數譜間的自相關系 數值，標記最大自相關系數值為rb，最小自相關系數值為ra，取中間值r = (ra+rb) /2作為該 參考樣品的衰減自相關系數，閾值為A = (rb-ra)/2; (5) 計算待測樣品與參考樣品衰減系數譜之間的相關系數 將待測樣品表面打磨并清洗干凈，使其表面粗糙度與參考樣品的粗糙度相同，將收發 探頭置于待測樣品的表面上，待測樣品上的測試位置以及收發探頭與待測樣品的耦合條件 均與步驟⑵相同，重復步驟⑵和（3)至少3次，得到待測樣品的衰減系數譜Cik(Co)， k為重復次數，計算參考樣品與待測樣品的衰減系數譜之間的相關系數值，標記最大相關系 數值為r/，最小相關系數值為ra'，取中間值r' =(ra' +r/ )/2作為參考樣品與待測 樣品之間的衰減相關系數； (6) 防偽辨識金屬材料 將步驟（5)得到的參考樣品與待測樣品之間的衰減相關系數r'與步驟（4)的參考樣 品的衰減自相關系數r進行比較，若I彡A，則確定待測樣品與參考樣品的材料相 同，否則為相異材料，完成金屬防偽辨識； 上述金屬為在常溫下化學性質穩定的固態純金屬或其二元、三元合金。
2. 根據權利要求1所述的超聲無損探測法對金屬真偽的鑒別方法，其特征在于：所述 純金屬為鈹、鎂、錯、銦、鍺、錫、鉛、鋪、鈦、銀、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、鋅、紀、錯、銀、鑰、釕、銘、IE、 銀、鎘、鉿、鉭、鶴、銥、鉬以及金。
【文檔編號】G01N1/32GK104330475SQ201410571028
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】賀西平, 張宏普, 劉小榮, 崔東 申請人:陜西師范大學