基于稀疏恢复的Lamb波频散表征

陈晓荣; 王晓龙; 刘宏业; 孙茂循; 刘增华; 沈亮; 田振华

doi:10.3969/j.issn.1000-1158.2026.02.10

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计量学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2) : 230-238. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2026.02.10

声学计量

基于稀疏恢复的Lamb波频散表征

陈晓荣 ¹ ,
王晓龙 ¹ ,
刘宏业 ¹^,⁴ ,
孙茂循 ² ,
刘增华 ³ ,
沈亮 ⁴ ,
田振华 ⁴

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Dispersion Characterization of Lamb Waves Based on Sparse Recovery

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摘要

为准确恢复Lamb波的频散曲线，研究了一种基于稀疏恢复的Lamb波频散特征表征方法，并通过有限元仿真和实验验证了其有效性。首先，构建了1个用于模拟Lamb波传播的各向同性铝板有限元模型，设计宽频Chirp激励信号，从而提高了模拟的计算效率并减小了数据存储需求。随后，开发了基于压缩感知的稀疏阵列实验系统，并通过该系统成功采集了不同模态Lamb波的响应信号。最后，结合正交匹配追踪算法对仿真数据和实验数据进行处理，实现了Lamb波频散曲线的稀疏恢复。研究结果表明，所提出的自适应稀疏度矩阵控制方法，能够有效减少不同频率下多模态Lamb波95%的伪频散离散数据。此外，该方法可以有效抑制多径反射信号的干扰，并能够重构任意2传感器之间的窄带激励响应。

Abstract

To achieve accurate reconstruction of Lamb wave dispersion curves， a method for characterizing the dispersion characteristics of Lamb waves based on sparse recovery was studied， and its effectiveness was verified through finite element simulations and experiments. An isotropic aluminum plate finite element model was first developed to simulate Lamb wave propagation， with a broadband chirp excitation designed to enhance computational efficiency and reduce data storage requirements. A sparse sensor array system based on compressed sensing was subsequently established， enabling the successful acquisition of multimodal Lamb wave responses. Both simulated and experimental data were processed using the orthogonal matching pursuit （OMP） algorithm to perform sparse recovery of the dispersion curves. Results demonstrate that the proposed adaptive sparsity matrix control strategy effectively suppresses approximately 95% of spurious dispersion artifacts across different frequencies and significantly mitigates the interference from multipath reflections. Furthermore， the method facilitates the accurate reconstruction of narrowband Lamb wave responses between arbitrary sensor pairs.

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陈晓荣, 王晓龙, 刘宏业, 等. 基于稀疏恢复的Lamb波频散表征[J]. 计量学报. 2026, 47(2): 230-238 https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1158.2026.02.10

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中图分类号： TB95

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