專利名稱：利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板類工程結(jié)構(gòu)主動(dòng)Lamb波損傷監(jiān)測的方法，尤其涉及一種主動(dòng) 健康監(jiān)測中Lamb波結(jié)構(gòu)損傷散射信號(hào)提取，從而正確實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測的方法。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、可靠性要求的不斷提高，結(jié)構(gòu)損傷的在線監(jiān)測和診斷日益引 起人們的高度重視，為了防止結(jié)構(gòu)損傷所帶來的災(zāi)難或損失，必須對(duì)板類結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的 監(jiān)測。結(jié)構(gòu)損傷的在線監(jiān)測要求相關(guān)信號(hào)發(fā)生和采集設(shè)備要相對(duì)簡單，監(jiān)測必須具有很 高的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。板類結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測一般采用主動(dòng)Lamb波的方法，即在結(jié)構(gòu)表面或 內(nèi)部集成一定數(shù)量的激勵(lì)器和傳感器(如壓電元件)，除此之外，整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)還包括信號(hào) 發(fā)生裝置、功率放大器、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備等，在監(jiān)測時(shí)首先向結(jié)構(gòu)中激勵(lì)一定的 波形，通過傳感器接收結(jié)構(gòu)的響應(yīng)以及損傷產(chǎn)生的散射波，采集到計(jì)算機(jī)中，通過對(duì)比結(jié)構(gòu) 損傷前后響應(yīng)信號(hào)的差異，獲取結(jié)構(gòu)損傷散射信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)程序根據(jù)損傷散射波的到 達(dá)時(shí)刻、相位等信息確定損傷的位置和范圍。根據(jù)Lamb波傳播理論，Lamb波在板類結(jié)構(gòu)內(nèi) 的傳播過程中存在頻散及模式變換，不同頻率的Lamb波信號(hào)的傳播速度也不同。結(jié)構(gòu)損傷 引起的Lamb波散射信號(hào)能量一般都非常小，與激勵(lì)器在結(jié)構(gòu)中激勵(lì)的Lamb波傳播信號(hào)能 量往往相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。而由于Lamb波在板結(jié)構(gòu)中的傳播無方向性，因此目前大都采 用結(jié)構(gòu)損傷前后響應(yīng)信號(hào)直接相減的方法來獲取Lamb波損傷散射信號(hào)，此時(shí)，壓電元件、 信號(hào)功率放大器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備受環(huán)境以及自身參數(shù)變化的影響將直接干擾損傷散射 信號(hào)的正確提取，很容易就產(chǎn)生偏差。這一問題對(duì)正確地分析聲波傳播過程以及提取損傷 散射信號(hào)的特征參數(shù)帶來了困難，尤其是在復(fù)合材料板類結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測中，由于Lamb波信 號(hào)傳播復(fù)雜，結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)吸收較快，使得這一問題變得更加復(fù)雜。例如目前飛行器結(jié)構(gòu)采 用了大量的復(fù)合材料，且結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，要研究飛行器結(jié)構(gòu)的在線損傷監(jiān)測，必須首先正確 提取損傷散射信號(hào)。因此，必須分析Lamb波的信號(hào)傳播規(guī)律，正確提取Lamb波損傷散射信 號(hào)，以保證提取出與損傷相關(guān)的特征參數(shù)，確保監(jiān)測結(jié)果的真實(shí)性、有效性和穩(wěn)定性?；谝陨峡紤]，本發(fā)明人針對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)損傷散射信號(hào)提取方法進(jìn)行研究改進(jìn)， 本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種利 用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，其應(yīng)用傳感/激勵(lì)陣列技術(shù)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)損 傷監(jiān)測設(shè)備條件基礎(chǔ)上，采用相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)損傷監(jiān)測系統(tǒng)中Lamb波損傷散射信號(hào)的提取， 提高監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是
一種利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，包括如下步驟(1)在待監(jiān)測的工程結(jié)構(gòu)上布置一組壓電元件組成傳感/激勵(lì)陣列，其中，作為激勵(lì)元 件的壓電元件設(shè)為。，作為傳感元件的壓電元件設(shè)為Λ.，其中U= 1，2，3，…；
(2)采集工程結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下所有激勵(lì)/傳感通道下的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào) /A7i，其中厶 J·= 1，2，3，…；
(3)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，采集所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波響應(yīng)信號(hào) /。,.，其中厶)·=^』，…；
(4)提取所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波損傷散射信號(hào)，具體內(nèi)容為
(41)將步驟(2)中得到的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)ZSyi與步驟(3)中得到的結(jié)構(gòu)損傷后 Lamb波響應(yīng)信號(hào)f，Ji作互相關(guān)運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果的峰值時(shí)刻^和峰值大小Uji，并將峰 值大小Uji除以/S7y的自相關(guān)峰值，得到Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)的幅值大小Uji ；
(42) 將Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)f、與其對(duì)應(yīng)幅值Uji相乘，得到結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響 應(yīng)信號(hào)中的健康信號(hào)部分；
(43)以結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響應(yīng)信號(hào)f、的時(shí)間序列為基準(zhǔn)，并以該基準(zhǔn)時(shí)間序列下 的時(shí)刻為信號(hào)fh，β的開始時(shí)刻，按照對(duì)應(yīng)時(shí)刻點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響應(yīng)信號(hào)f、 與信號(hào)fh ‘ Μ對(duì)應(yīng)相減，得到Lamb波結(jié)構(gòu)損傷散射信號(hào)fdJi0(5)根據(jù)前述步驟所得到的特征參數(shù)，得出損傷的位置和范圍，從而分析、判定被 監(jiān)測結(jié)構(gòu)的健康情況。上述步驟(2)的詳細(xì)步驟為
(21)在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下，通過函數(shù)發(fā)生器和功率放大器將Lamb波超聲信號(hào)加載到作 為激勵(lì)元件的。上，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)激勵(lì)信號(hào)；
(22)依次選取各壓電元件作為傳感元件，其中i=l，2，3，…，經(jīng)電荷放大器將巧激 勵(lì)下的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)傳感、放大并采集進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)中，得到所有激勵(lì)/傳感通 道下在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的Lamb波響應(yīng)信號(hào)/^，其中i，j = 1,2,3,…；
(23)對(duì)前述每個(gè)Lamb波響應(yīng)信號(hào)/^，其中i，J=1，2，3，…，根據(jù)其峰值大小分別進(jìn) 行歸一化處理，得到Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)/S"，其中i，j = 1,2,3,…。上述步驟(21)中，所述的激勵(lì)信號(hào)為窄帶信號(hào)。上述步驟(3)的詳細(xì)步驟為
(31)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，通過函數(shù)發(fā)生器和功率放大器將Lamb波超聲信號(hào)加載到作 為激勵(lì)元件的。上，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)窄帶激勵(lì)信號(hào)；
(32)依次選取各壓電元件作為傳感元件，其中i=l，2，3，…，經(jīng)電荷放大器將巧激 勵(lì)下的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)傳感、放大并采集進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)中，得到所有激勵(lì)/傳感通 道下在結(jié)構(gòu)損傷時(shí)的Lamb波響應(yīng)信號(hào)，其中i，J= 1,2,3,…。采用上述方案后，本發(fā)明所借用的基本原理是在確定了頻厚積后，Lamb波傳播 信號(hào)的傳播特性基本確定，其速度等參數(shù)也就確定。結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的損傷，相對(duì)于Lamb波傳 播而言，是散射體，會(huì)對(duì)Lamb波傳播信號(hào)進(jìn)行散射。結(jié)構(gòu)損傷前后的差別就是多了損傷這 一散射體，因此，對(duì)于Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)而言，結(jié)構(gòu)損傷后的響應(yīng)信號(hào)中即包含了結(jié)構(gòu) 健康狀態(tài)下的響應(yīng)信號(hào)，又包含了損傷引起的散射信號(hào)。這兩部分信號(hào)的來源與發(fā)生時(shí)刻 不同，而且前者的能量要比后者大的多。當(dāng)環(huán)境或設(shè)備參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，例如溫度變化，必 然會(huì)引起響應(yīng)信號(hào)幅值的變化，但并不會(huì)改變Lamb波信號(hào)的傳播規(guī)律，即響應(yīng)信號(hào)中各個(gè)波包的相對(duì)時(shí)刻和波峰不會(huì)改變，只是整個(gè)信號(hào)的幅值發(fā)生了變化。此時(shí)采用結(jié)構(gòu)健康狀 態(tài)下的Lamb波響應(yīng)信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)，與損傷后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)運(yùn) 算的規(guī)律，相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果表示兩組信號(hào)的相關(guān)程度，基準(zhǔn)信號(hào)與損傷后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào) 中健康響應(yīng)信號(hào)部分實(shí)際是作自相關(guān)運(yùn)算，完全相關(guān)，其相關(guān)值最大，因此最大相關(guān)值出現(xiàn) 的時(shí)刻必定是健康響應(yīng)信號(hào)部分的出現(xiàn)時(shí)刻，同時(shí)最大相關(guān)值與基準(zhǔn)信號(hào)的自相關(guān)最大值 的比值即為健康響應(yīng)信號(hào)的幅值。進(jìn)而得到損傷后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)中健康響應(yīng)信號(hào)部分， 按照對(duì)應(yīng)時(shí)刻，將此部分信號(hào)減去后即得到了損傷引起的Lamb波散射信號(hào)。本發(fā)明可以有 效地消除環(huán)境以及設(shè)備參數(shù)變化對(duì)Lamb波損傷散射信號(hào)提取帶來的干擾，有利于推動(dòng)結(jié) 構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的推廣和應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明中傳感/激勵(lì)陣列的布局示意圖； 圖2是本發(fā)明中窄帶激勵(lì)信號(hào)的波形時(shí)域圖3a是本發(fā)明中某一通道下在圖2所示窄帶信號(hào)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的Lamb波響 應(yīng)信號(hào)波形圖3b是對(duì)圖3a中所示信號(hào)進(jìn)行歸一化后的波形圖4是本發(fā)明中某一通道下在圖2所示窄帶信號(hào)激勵(lì)下結(jié)構(gòu)損傷時(shí)的Lamb波響應(yīng)信 號(hào)波形圖5是激勵(lì)信號(hào)、圖3a所示結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)、以及圖3a與圖4所 示結(jié)構(gòu)損傷前后的Lamb波響應(yīng)信號(hào)直接對(duì)應(yīng)相減得到的差信號(hào)三者之間的對(duì)比示意圖； 圖6a是本發(fā)明中將圖4與圖3b所示信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算的波形示意圖； 圖6b是從圖6a所示相關(guān)運(yùn)算結(jié)構(gòu)中得到的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)響應(yīng)信號(hào)幅值和發(fā)生時(shí)刻； 圖6c是損傷后結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)中包含的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的響應(yīng)信號(hào)被分離出來后與原 信號(hào)的對(duì)比情況；
圖7是采用本發(fā)明得到的Lamb波損傷散射信號(hào)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，包括如下步驟
(1)在待監(jiān)測的工程結(jié)構(gòu)上布置一組壓電元件組成傳感/激勵(lì)陣列，其中，作為激勵(lì)元 件的壓電元件設(shè)為巧，作為傳感元件的壓電元件設(shè)為Λ.，且U= 1，2，3，…；
在本實(shí)施例中，配合圖1所示，取i=l，2，J=l，這3個(gè)壓電元件均固定于試件上，所述 的試件為環(huán)氧玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板，尺寸為SOOmmX 200mmX 2mm ；3個(gè)壓電元件呈直線 排列，以試件的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，3個(gè)壓電元件A、B、C的坐標(biāo)分別為(50mm，0mm)、(0mm, 0mm)、(一 50mm, 0mm)，在本實(shí)施例中，采用壓電元件A作為激勵(lì)元件，另外兩個(gè)壓電元件B、C 作為傳感元件，損傷類型選擇典型的通孔損傷，實(shí)施例中在坐標(biāo)為(0mm，35mm)位置用電鉆 打出一個(gè)直徑約4mm的孔，形成通孔損傷，分別采集和分析損傷前后兩種狀態(tài)下的響應(yīng)信 號(hào)；
(2)采集結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)(/、.,.)，其詳細(xì)內(nèi)容為(21)在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下，通過函數(shù)發(fā)生器和功率放大器將Lamb波超聲信號(hào)加載到作 為激勵(lì)元件的。(也即壓電元件A)上，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)窄帶激勵(lì)信號(hào)，在本實(shí)施例中，所述的 窄帶激勵(lì)信號(hào)為正弦調(diào)制信號(hào)，中心頻率為30KHZ，如圖2所示；
(22)依次選取各壓電元件Λ.( ，2)作為傳感元件，經(jīng)電荷放大器將。激勵(lì)下的Lamb 波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)傳感、放大并采集進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)中，得到所有激勵(lì)/傳感通道下在結(jié)構(gòu) 健康狀態(tài)下的Lamb波響應(yīng)信號(hào)(/},.) U, J= 1,2,3, ···)，如圖3a即示出了戶l，i=2時(shí)采 集得到的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的Lamb波響應(yīng)信號(hào)(/12)；
(23)對(duì) 前述每個(gè)Lamb波響應(yīng)信號(hào)(Z7y)Ur j = 1,2, ,,…)，根據(jù)其峰值大小分別進(jìn) 行歸一化處理，得到信號(hào)(/Ayi) Ur j = 1,2,3, ···)，即為Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)，戶l，i=2 時(shí)的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)可如圖3b所示；
(3)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，重復(fù)步驟(21) (22)，得到所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷 后的Lamb波響應(yīng)信號(hào)(/、)UrJ= 1,2,3,…)，其詳細(xì)內(nèi)容為
(31)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，通過函數(shù)發(fā)生器和功率放大器將Lamb波超聲信號(hào)加載到作 為激勵(lì)元件的。上，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)窄帶激勵(lì)信號(hào)；
(32)依次選取各壓電元件Λ.(i=l，2，3，…)作為傳感元件，經(jīng)電荷放大器將巧激勵(lì) 下的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)傳感、放大并采集進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)中，得到所有激勵(lì)/傳感通道 下在結(jié)構(gòu)損傷時(shí)的Lamb波響應(yīng)信號(hào)(/、)UrJ= 1,2,3,…)，j‘=l，i=2時(shí)的信號(hào)(廣12) 如圖4所示；
將圖4與圖3a進(jìn)行對(duì)比可知，由于與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下采集的信號(hào)相隔時(shí)間較長，環(huán)境 參數(shù)發(fā)生了改變(如溫度)，從而影響了傳感元件和放大器的參數(shù)，在信號(hào)的幅值上存在偏 差，具體來說，前期采集到的系統(tǒng)噪聲信號(hào)相當(dāng)，沒有發(fā)生明顯變化，這表明采集系統(tǒng)的參 數(shù)沒有發(fā)生變化，而響應(yīng)信號(hào)的幅值均存在一定程度的減小，根據(jù)損傷與激勵(lì)/傳感陣列 的位置關(guān)系，損傷散射信號(hào)不會(huì)影響到主波峰幅值，因此該情況下得到的結(jié)構(gòu)損傷前后響 應(yīng)信號(hào)無法直接相減。另一方面，如圖5所示，是將激勵(lì)信號(hào)、圖3a所示結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng) 信號(hào)、以及圖3a與圖4所示結(jié)構(gòu)損傷前后的Lamb波響應(yīng)信號(hào)與(/、)相減得到的差 信號(hào)進(jìn)行對(duì)比的情況，從圖中可以看出，差信號(hào)的波形與損傷后結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)基本相同，因 此此時(shí)的差信號(hào)實(shí)際上主要是由于壓電片以及放大系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變引起的偏差，不能正 確反映損傷引起的信號(hào)變化。(4)提取所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波損傷散射信號(hào)，仍然以P1為 激勵(lì)、P2為傳感時(shí)采集的信號(hào)為例，具體內(nèi)容為
(41)將步驟(2)中得到的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)(/力 )與步驟(3)中得到的結(jié)構(gòu)損傷 后Lamb波響應(yīng)信號(hào)U·，12)作互相關(guān)運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果的峰值時(shí)刻t12和峰值大小U12，如 圖6a所示，并將峰值大小U12除以(/、》的自相關(guān)峰值，得到Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)的幅值 大小"⑵可參考圖6b所示；
重復(fù)上述過程得到所有取值的%和Uji ；
(42)將Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)(/、》與其對(duì)應(yīng)幅值U12相乘，得到結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響 應(yīng)信號(hào)中的健康信號(hào)部分(Jh ‘ 12\配合圖6c所示，將該Hh ‘ 12)與原信號(hào)if，12)進(jìn)行對(duì)比 可以看出，損傷前后結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)的主波峰基本相當(dāng)，消除了環(huán)境參數(shù)變化帶來的影響；(43)以結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響應(yīng)信號(hào)(廣的時(shí)間序列為基準(zhǔn)，并以該基準(zhǔn)時(shí)間序列 下的時(shí)刻為信號(hào)(Sh，12)的開始時(shí)刻，按照對(duì)應(yīng)時(shí)刻點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響應(yīng)信號(hào) if' 12)與信號(hào)‘ 12)對(duì)應(yīng)相減，得到Lamb波結(jié)構(gòu)損傷散射信號(hào)(/‘)，見圖7所示，此時(shí) 損傷散射信號(hào)波包顯露出來；
重復(fù)上述過程，得到所有j、i取值的損傷散射信號(hào)(Sdji)0(5)根據(jù)前述步驟所得到的各損傷散射信號(hào)波包到達(dá)時(shí)刻、相位等特征參數(shù)，得出 損傷的位置和范圍(可采用橢圓定位法、時(shí)間反轉(zhuǎn)成像法等方法)，從而分析、判定被監(jiān)測結(jié) 構(gòu)的健康情況。需要說明的是，作為激勵(lì)/傳感陣列的壓電元件的個(gè)數(shù)，可以根據(jù)待監(jiān)測結(jié)構(gòu)的 實(shí)際情況進(jìn)行確定，理論上3個(gè)壓電元件就可以組成一個(gè)監(jiān)測單元，結(jié)構(gòu)較大時(shí)根據(jù)情況 可通過布置多個(gè)壓電元件組成傳感網(wǎng)絡(luò)，采用掃查的方式進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)中每一單元的監(jiān)測具 體步驟相同。綜上所述，本發(fā)明所提供的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)提高了基于主動(dòng)Lamb波技術(shù)的結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法的準(zhǔn)確性，有利于該項(xiàng)技術(shù)的實(shí) 用化；
(2)本發(fā)明的方法使得環(huán)境參數(shù)對(duì)監(jiān)測系統(tǒng)和激勵(lì)/傳感陣列的影響得以消除，監(jiān)測 過程中系統(tǒng)無需預(yù)熱即可測量，提高了實(shí)時(shí)性；
(3)本發(fā)明的方法在實(shí)現(xiàn)過程中無需更改或增加設(shè)備和參數(shù)，利用現(xiàn)有硬件系統(tǒng)就可 以實(shí)現(xiàn)；
(4)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法簡單，無需知道監(jiān)測對(duì)象和傳感器陣列的先驗(yàn)知識(shí)，只是針對(duì)結(jié)構(gòu) 損傷前后的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理。以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟(1)在待監(jiān)測的工程結(jié)構(gòu)上布置一組壓電元件組成傳感/激勵(lì)陣列，其中，作為激勵(lì)元 件的壓電元件設(shè)為。，作為傳感元件的壓電元件設(shè)為Λ.，其中U= 1，2，3，…；(2)采集工程結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下所有激勵(lì)/傳感通道下的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào) /Xyi，其中 i，J·= 1，2，3，…；(3)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，采集所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波響應(yīng)信號(hào) /。,.，其中i，J·= 1，2，3，…；(4)提取所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波損傷散射信號(hào)，具體內(nèi)容為(41)將步驟(2)中得到的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)/Xyi與步驟(3)中得到的結(jié)構(gòu)損傷后 Lamb波響應(yīng)信號(hào)f，Ji作互相關(guān)運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果的峰值時(shí)刻^和峰值大小Uji，并將峰 值大小Uji除以/X7y的自相關(guān)峰值，得到Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)的幅值大小Uji ；(42)將Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)f、與其對(duì)應(yīng)幅值Uji相乘，得到結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響 應(yīng)信號(hào)中的健康信號(hào)部分；(43)以結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響應(yīng)信號(hào)f、的時(shí)間序列為基準(zhǔn)，并以該基準(zhǔn)時(shí)間序列下 的時(shí)刻為信號(hào)fh，β的開始時(shí)刻，按照對(duì)應(yīng)時(shí)刻點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)損傷后Lamb波響應(yīng)信號(hào)f、 與信號(hào)fh ‘ Μ對(duì)應(yīng)相減，得到Lamb波結(jié)構(gòu)損傷散射信號(hào)fdji ；(5)根據(jù)前述步驟所得到的特征參數(shù)，得出損傷的位置和范圍，從而分析、判定被監(jiān)測 結(jié)構(gòu)的健康情況。
2.如權(quán)利要求1所述的利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟(2)的詳細(xì)步驟為(21)在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下，通過函數(shù)發(fā)生器和功率放大器將Lamb波超聲信號(hào)加載到作 為激勵(lì)元件的。上，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)激勵(lì)信號(hào)；(22)依次選取各壓電元件作為傳感元件，其中i=l，2，3，…，經(jīng)電荷放大器將巧激 勵(lì)下的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)傳感、放大并采集進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)中，得到所有激勵(lì)/傳感通 道下在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的Lamb波響應(yīng)信號(hào)/^，其中i，j = 1,2,3,…；(23)對(duì)前述每個(gè)Lamb波響應(yīng)信號(hào)/^，其中i，J=1，2，3，…，根據(jù)其峰值大小分別進(jìn) 行歸一化處理，得到Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)/ "，其中i，j = 1,2,3,…。
3.如權(quán)利要求2所述的利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟(21)中，所述的激勵(lì)信號(hào)為窄帶信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟(3)的詳細(xì)步驟為(31)當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，通過函數(shù)發(fā)生器和功率放大器將Lamb波超聲信號(hào)加載到作 為激勵(lì)元件的。上，在結(jié)構(gòu)中激發(fā)窄帶激勵(lì)信號(hào)；(32)依次選取各壓電元件作為傳感元件，其中i=l，2，3，…，經(jīng)電荷放大器將巧激 勵(lì)下的Lamb波結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)傳感、放大并采集進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)中，得到所有激勵(lì)/傳感通 道下在結(jié)構(gòu)損傷時(shí)的Lamb波響應(yīng)信號(hào)，其中i，J= 1,2,3,…。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用信號(hào)分解的Lamb波工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法，包括如下步驟采集工程結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)下的Lamb波健康基準(zhǔn)信號(hào)fhji，其中，i，j＝1，2，3，…；當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，采集所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波響應(yīng)信號(hào)f’ji；利用相關(guān)運(yùn)算提取所有激勵(lì)/傳感通道下結(jié)構(gòu)損傷后的Lamb波損傷散射信號(hào)；根據(jù)前述步驟所得到的特征參數(shù)，得出損傷的位置和范圍，從而分析、判定被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的健康情況。此種方法在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測設(shè)備條件基礎(chǔ)上，采用相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)損傷監(jiān)測系統(tǒng)中Lamb波損傷散射信號(hào)的提取，提高監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102128881SQ20101060009
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者江兵, 王強(qiáng), 袁慎芳, 陳小惠 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)