專利名稱：結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)映射的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，尤其是涉及結(jié)構(gòu)缺陷的檢測(cè)、定位和大小評(píng)估的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多行業(yè)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)變得越來越重要。變得尤其重要的ー個(gè)行業(yè)就是航空航天工業(yè)。這是因?yàn)?，除其他因素外，在航空航天工業(yè)中，系統(tǒng)和組件的結(jié)構(gòu)完整性可能導(dǎo)致飛行中關(guān)機(jī)、起飛中止、延誤或者取消，所 有這些都可引起顯著的エ業(yè)和消費(fèi)者成本。ー些目前已知的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的是各種傳感器陣列。這種陣列的使用，從數(shù)十到數(shù)百個(gè)傳感器不等，具有一定的缺點(diǎn)。例如，每個(gè)傳感器ー個(gè)接ー個(gè)的安裝都需要大量人工和時(shí)間。當(dāng)傳感器被實(shí)現(xiàn)為相位陣列吋，由于該陣列對(duì)傳感器放置的不準(zhǔn)確非常敏感，所以務(wù)必要確保每個(gè)傳感器都在準(zhǔn)確的位置上。而且，傳感器布線相對(duì)復(fù)雜，傳感器布線的長(zhǎng)度、體積和重量很大。除上述外，已經(jīng)開發(fā)了用于提供損傷映射可視化表示的各種數(shù)值方法，用于結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)、定位和大小確定。在這些現(xiàn)有的數(shù)值方法中包括各種計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)方法。目前已知的CT方法能夠提供相對(duì)精確的缺陷圖像，但是也相對(duì)耗時(shí)以及計(jì)算量龐大。而且，許多CT方法依賴于對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的高密度覆蓋。因此，在需要實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)吋，CT方法可能沒用，因?yàn)橄∈璧膫鞲衅麝嚵型ǔＳ糜诖朔N應(yīng)用。存在用于使用稀疏傳感器陣列的各種數(shù)值方法。這些方法通?；谟扇毕萆⑸涞牟ǖ奶綔y(cè)，以及用于散射的空間映射的幾何方法的使用。對(duì)于相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，由于諸如縱梁、加強(qiáng)筋、邊框、孔、鉚釘、螺栓等各種構(gòu)件的存在，確定被缺陷反射的波是極有挑戰(zhàn)性的，其中這些構(gòu)件可能是背景反射的來源。有ー種提出的數(shù)值方法沒有這個(gè)缺點(diǎn)，其被稱為RAPID算法(缺陷概率檢查重建算法)。RAPID算法基于傳感器/致動(dòng)器對(duì)之間的直達(dá)路徑內(nèi)的基準(zhǔn)信號(hào)和實(shí)際信號(hào)之間利用相關(guān)分析的信號(hào)差分評(píng)估。然而，RAPID算法也有它固有的ー些缺點(diǎn)。例如，它對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)與實(shí)際信號(hào)之間的相位同步敏感。而且，如果某些參數(shù)沒有設(shè)置在最佳值，基于RAPID算法產(chǎn)生的圖像可能包含偽像(false artifact) 0由于傳感器/致動(dòng)器對(duì)之間的直達(dá)路徑網(wǎng)絡(luò)提供的非均勻覆蓋，也可能導(dǎo)致產(chǎn)生這些偽像。因此，需要有一種沒有上述缺點(diǎn)的系統(tǒng)和方法來實(shí)時(shí)檢測(cè)、定位和評(píng)估結(jié)構(gòu)缺陷大小。也就是說，不依賴于各傳感器的精確定位和/或不依賴于相對(duì)復(fù)雜的、長(zhǎng)的、體積龐大的和重的傳感器布線，和/或?qū)鶞?zhǔn)信號(hào)與實(shí)際信號(hào)之間的相位同步相對(duì)不敏感，和/或如果某些參數(shù)沒有設(shè)置在最佳值不會(huì)產(chǎn)生包含偽像的圖像的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明解決了這些需求中的ー個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于檢測(cè)和評(píng)估結(jié)構(gòu)缺陷的方法包括存儲(chǔ)與結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)數(shù)據(jù)表示所感測(cè)到的發(fā)射到?jīng)]有缺陷的該結(jié)構(gòu)中的超聲波。超聲波從耦合到該結(jié)構(gòu)的多個(gè)致動(dòng)器發(fā)射到該結(jié)構(gòu)中。利用多個(gè)傳感器感測(cè)從多個(gè)致動(dòng)器發(fā)射到該結(jié)構(gòu)中的超聲波，該多個(gè)傳感器耦合到該結(jié)構(gòu)，并與該致動(dòng)器空間隔開，從而產(chǎn)生并提供傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)。將計(jì)算的信號(hào)差分系數(shù)進(jìn)行空間映射以檢測(cè)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷。在另一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)包括多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器、多個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器和處理器。第一傳感器/致動(dòng)器中每一個(gè)都適于耦合到結(jié)構(gòu)，并且每一個(gè)被配置成有選擇性地發(fā)射超聲波到結(jié)構(gòu)中。第二傳感器/致動(dòng)器中每一個(gè)都適于耦合到該結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)耦合到該結(jié)構(gòu)時(shí)，與每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器空間隔開。每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器被配置成有選擇性地感測(cè)超聲波并產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)，所述超聲波從一個(gè)或多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器發(fā)射。處理器耦合來接收傳感器數(shù)據(jù)，并配置成一旦接收到傳感器數(shù)據(jù)就根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)，該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示所感測(cè)到的發(fā)射到?jīng)]有缺陷存在的該結(jié)構(gòu)中的超聲波，以及對(duì)計(jì)算的信號(hào) 差分系數(shù)進(jìn)行空間映射，以檢測(cè)該結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷。在另外一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)包括多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器，多個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器，顯示裝置和處理器。每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器被安裝在第一柔性印刷電路上并適于耦合到結(jié)構(gòu)。每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器附加地配置成有選擇性地發(fā)射超聲波到該結(jié)構(gòu)中。每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器被安裝在第二柔性印刷電路上并適于耦合到該結(jié)構(gòu)。當(dāng)耦合到該結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器都與每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器空間隔開，并且每個(gè)都配置成選擇性地感測(cè)從一個(gè)或多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器發(fā)射的超聲波，并產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)。顯示裝置耦合來接收?qǐng)D像呈現(xiàn)顯示命令，并被配置為一旦接收到圖像呈現(xiàn)顯示命令就選擇性地呈現(xiàn)表示圖像呈現(xiàn)顯示命令的圖像。處理器耦合來接收傳感器數(shù)據(jù)，并被配置為一旦接收到傳感器數(shù)據(jù)就根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)，該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示所感測(cè)到的發(fā)射到?jīng)]有缺陷存在的該結(jié)構(gòu)中的超聲波，對(duì)信號(hào)差分系數(shù)進(jìn)行空間映射，以檢測(cè)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷，根據(jù)空間映射的信號(hào)差分系數(shù)生成損傷映射，并選擇性地產(chǎn)生表示損傷映射的圖像呈現(xiàn)顯示命令。進(jìn)一步，通過下面的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，結(jié)合附圖和前面的背景技術(shù)，該結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)映射系統(tǒng)和方法的其它期望特征和特點(diǎn)將更明顯。


本發(fā)明將結(jié)合下面的附圖來描述，這里相同的附圖標(biāo)記表示相同的元素，其中圖I描繪的是結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)的示例實(shí)施例的功能框圖；圖2描繪的是可用于實(shí)現(xiàn)圖I的系統(tǒng)的剪切壓電傳感器/致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例；圖3是耦合到結(jié)構(gòu)的圖2的示例傳感器/致動(dòng)器的簡(jiǎn)化的截面圖。圖4描繪的是圖2的傳感器/致動(dòng)器安裝在其上的基板的一部分的簡(jiǎn)化的截面圖；圖5描繪的是多個(gè)傳感器/致動(dòng)器以線性陣列分布在其上的柔性印刷電路的一個(gè)實(shí)施例；圖6描繪的是多個(gè)傳感器/致動(dòng)器以5x5矩陣型陣列分布在其上的柔性印刷電路的一個(gè)實(shí)施例；
圖7以流程圖的形式描繪了由圖I的系統(tǒng)執(zhí)行來檢測(cè)結(jié)構(gòu)中是否存在ー個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷的過程。圖8描繪的是示例損傷映射的圖像，其可由圖I的系統(tǒng)產(chǎn)生，并呈現(xiàn)在形成圖I的系統(tǒng)的部分的顯示裝置上；圖9描繪的是圖I的系統(tǒng)執(zhí)行來用于自動(dòng)熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)的特定過程示意表示；圖10和圖11描繪的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟煌瑢?shí)施例；圖12描繪的是圖I的系統(tǒng)執(zhí)行來用于自動(dòng)多缺陷監(jiān)測(cè)的特定過程示意表示；圖13描繪的是圖I的系統(tǒng)執(zhí)行的特定 主分量分析(PCA)和圖像分割過程的示意表示；以及圖14描繪的是ー個(gè)用于圖13中PCA過程的輸入矩陣。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)描述實(shí)際上僅僅是示例性的，并不意欲限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用及使用。此處所用的詞語“示例”意思是“作為ー個(gè)例子、實(shí)例或例證”。因而這里所說的“示例”的任何實(shí)施例都不必認(rèn)為比其它實(shí)施例更優(yōu)選或更有利。這里所描述的所有實(shí)施例都是示例性實(shí)施例，用來使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┗蚴褂帽景l(fā)明，而不限制權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。而且不受之前所述的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下述具體描述中明示或暗示的理論所約束。首先參考圖1，示出了結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)的ー個(gè)實(shí)施例的功能框圖。所示系統(tǒng)100包含多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器102 (102-1，102-2，102-3. . ，102-N)，多個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器104(104-1，104-2，104-3. . ，104-N)，處理器106，以及顯示裝置108。第一傳感器/致動(dòng)器102和第二傳感器/致動(dòng)器104適于耦合到結(jié)構(gòu)110。如圖I進(jìn)ー步示出的，當(dāng)?shù)谝缓偷诙鞲衅?致動(dòng)器102、104確實(shí)耦合到結(jié)構(gòu)110吋，多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器102中的每ー個(gè)與多個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器104中的每ー個(gè)優(yōu)選地空間隔開(spacedapart)。每個(gè)第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104都被配置成有選擇性地發(fā)射超聲波到結(jié)構(gòu)110中。第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104附加地也被配置成有選擇性地感測(cè)從第一或第二傳感器/致動(dòng)器102、104中的ー個(gè)或多個(gè)發(fā)射的超聲波，并產(chǎn)生表不所述超聲波的傳感器數(shù)據(jù)。在所述的實(shí)施例中，第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104被配置成發(fā)射和感測(cè)超聲蘭姆(Lamb)波。然而，值得一提的是，這僅僅是ー個(gè)特定實(shí)施例的示例，也可使用其他類型的超聲波?？刹捎酶鞣N方式配置和實(shí)現(xiàn)第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104以提供上述功能?，F(xiàn)在將更為詳細(xì)地描述ー個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104每個(gè)使用剪切壓電傳感器/致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。然而值得ー提的是，也可使用各種其他類型的能夠展示出相對(duì)于結(jié)構(gòu)110表面正常位移的致動(dòng)器?，F(xiàn)在看圖2所示的剪切壓電傳感器/致動(dòng)器200的ー個(gè)示例實(shí)施例。所示的剪切壓電傳感器/致動(dòng)器200是剪切板壓電陶瓷傳感器/致動(dòng)器，更詳細(xì)的，是剪切板鋯鈦酸鉛(PZT)傳感器/致動(dòng)器。圖2中示出的特定剪切板傳感器/致動(dòng)器200由丹麥Noliac A/S制造。對(duì)于這種特定類型的剪切板傳感器/致動(dòng)器200，操作方向由削角(chamfer) 202、204標(biāo)示。更具體地講，如果向電極206、208中的任何ー個(gè)提供正電壓，那么這個(gè)電極206、208就會(huì)向削邊(chamfered edge)發(fā)生相對(duì)位移。所描述的傳感器/致動(dòng)器200還產(chǎn)生對(duì)稱(S模式)蘭姆波，其優(yōu)于非對(duì)稱(A模式)蘭姆波。并且已確定了 S模式蘭姆波對(duì)預(yù)期類型的缺陷性能更優(yōu)并且更為靈敏。此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中所采用的信號(hào)測(cè)量的頻段(例如100-700kHz)中，S模式蘭姆波與相應(yīng)的A模式蘭姆波相比，發(fā)散更少，傳播速度更快。第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104可單獨(dú)耦合到結(jié)構(gòu)110，也可通過共同基板集體與之稱合。對(duì)任一種實(shí)施例，第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104都與結(jié)構(gòu)100電氣絕緣。如圖3所示，通過在每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104和結(jié)構(gòu)110之間設(shè)置-并且如需要或希望還可在每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104的上面設(shè)置-合適的電絕緣體302 (比如非活性的陶瓷板或聚酰亞胺膜絕緣體)實(shí)現(xiàn)。就如上面所提到的，傳感器/致動(dòng)器102、104單獨(dú)耦合到結(jié)構(gòu)110需要大量人工和時(shí)間。此外 ，如圖I所示的實(shí)施例，當(dāng)傳感器/致動(dòng)器102、104以陣列方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須確保每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104的位置精確，而且傳感器/致動(dòng)器102、104的布線相對(duì)復(fù)雜，還有大的長(zhǎng)度、體積和重量。因此在一特定實(shí)施例中，第一傳感器/致動(dòng)器102被安裝在一個(gè)共同基板上，第二傳感器/致動(dòng)器104被安裝在另一共同基板上。然后這些基板耦合到結(jié)構(gòu)110，現(xiàn)在來說明其實(shí)現(xiàn)的這種方式?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，其示出了基板402的一部分的簡(jiǎn)化截面圖，該基板上安裝了單個(gè)的傳感器/致動(dòng)器102、104。盡管基板類型會(huì)有所不同，但在該實(shí)施例中基板402使用的是柔性印刷電路(FPC)帶實(shí)現(xiàn)。示出的FPC帶402包括了柔性塑料404 (如聚酰亞胺、聚醚醚酮或透明導(dǎo)電聚酯)和導(dǎo)電箔406 (如銅、電路跡線)的層。FPC帶402提供了結(jié)構(gòu)110和每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104之間良好的機(jī)械接觸，到每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104的相對(duì)簡(jiǎn)單的電氣連接，并且對(duì)處理與安裝是足夠的魯棒。盡管圖中沒有繪出，聚酰亞胺蓋層或阻焊蓋層也可提供來保護(hù)部分FPC帶402免受環(huán)境侵蝕。每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104可通過合適的涂層(如漆)來附加地被保護(hù)。此外，任何可能暴露在周圍環(huán)境下的導(dǎo)電箔406都可鍍有金，以提供附加的防腐蝕保護(hù)，并采用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或焊料來改善導(dǎo)電性，其中任何一種都可被用于電氣連接傳感器/致動(dòng)器102、104與FPC帶402。FPC帶402可通過篩選/屏蔽電纜和/或各種合適的連接器與外部設(shè)備(如圖I中的處理器106)電氣連接。每個(gè)FPC帶402上所設(shè)置的傳感器/致動(dòng)器102、104的數(shù)量可能會(huì)有所不同。而且，每個(gè)FPC帶402上的傳感器/致動(dòng)器102、104的布局也會(huì)有所不同。例如，在每個(gè)FPC帶402上，多個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104可以排列成線性陣列或N*M的矩陣型陣列。圖5示出的示例實(shí)施例中，F(xiàn)PC帶402上多個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104以線性陣列排列，而在圖6示出的另一示例實(shí)施例中，F(xiàn)PC帶402上多個(gè)專感器/致動(dòng)器102、104則是以5*5矩陣型陣列排列的。值得一提的是，在每個(gè)示出的實(shí)施例中，電路跡線的布置也有所不同，比如這取決于所使用的傳感器/致動(dòng)器的類型和/或大小，并且這些僅是示例。另外值得一提的是，每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104之間的間距也是不一樣的。此外，5*5矩陣型陣列也只是示例，還可使用很多其他維度矩陣實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在再回到圖1，處理器106被耦合來接收來自第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104的傳感器數(shù)據(jù)，并配置為一旦接收到傳感器數(shù)據(jù)就檢測(cè)在結(jié)構(gòu)110中是否存在一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷。處理器106附加地配置來選擇性地激勵(lì)每個(gè)第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104，優(yōu)選一次一個(gè)。例如，圖I的實(shí)施例中，處理器106激勵(lì)每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器102，毎次ー個(gè)，并接收每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器104響應(yīng)超聲波產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)，所述超聲波是每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器102單獨(dú)發(fā)射到結(jié)構(gòu)110中的。接著處理器106激勵(lì)每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器104，毎次ー個(gè)，并接收每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器102響應(yīng)超聲波產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)，所述超聲波是每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器104單獨(dú)發(fā)射到結(jié)構(gòu)110中的?？刹捎酶鞣N方式配置和實(shí)現(xiàn)處理器106以執(zhí)行上述的每個(gè)功能以及下面將描述的附加功能。在所述實(shí)施例中，處理器106配置來實(shí)現(xiàn)波形產(chǎn)生器112，放大器114，開關(guān)116，模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器118，以及各種處理和控制功能122。值得ー提的是，波形產(chǎn)生器112、放大器114、開關(guān)116、A/D轉(zhuǎn)換器118以及各種處理和控制功能122中的一個(gè)或多個(gè)可通過使用単獨(dú)的信號(hào)處理電路和/或裝置來實(shí)現(xiàn)。作為替換，這些功能中ー個(gè)或多個(gè)也可作為單個(gè)處理裝置(如通用處理器或微 處理器)的部分來實(shí)現(xiàn)。不管每個(gè)上述功能是如何實(shí)現(xiàn)的，波形產(chǎn)生器112配置來產(chǎn)生傳感器/致動(dòng)器激勵(lì)信號(hào)113，該信號(hào)提供給放大器114以進(jìn)行合適的放大和濾波。放大和濾波的激勵(lì)信號(hào)115提供給開關(guān)116，該開關(guān)與與處理和控制功能122以及每個(gè)第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104耦合。在處理和控制功能122的控制下，開關(guān)116選擇性地向第一或第二傳感器/致動(dòng)器102、104中的每ー個(gè)提供放大和濾波的激勵(lì)信號(hào)115，每次ー個(gè)。開關(guān)附加地接收來自于第一和第二傳感器/致動(dòng)器102、104中的每ー個(gè)的模擬傳感器信號(hào)117，井向A/D轉(zhuǎn)換器118提供模擬傳感器信號(hào)117。A/D轉(zhuǎn)換器118將模擬傳感器信號(hào)117轉(zhuǎn)換成數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)119，該數(shù)據(jù)提供給處理和控制功能122。處理和控制功能122，除了控制開關(guān)116，還處理傳感器數(shù)據(jù)119以檢測(cè)結(jié)構(gòu)110中是否存在ー個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷，并至少有選擇性地向顯示裝置118提供圖像呈現(xiàn)顯示(image rendering display)命令。為了檢測(cè)結(jié)構(gòu)110中是否存在ー個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷,處理和控制功能122配置來執(zhí)行過程?，F(xiàn)在就說明在圖7中流程圖形式的這個(gè)過程700。這樣做時(shí)，應(yīng)指出的是，在下面的說明中，括號(hào)中的參考標(biāo)記指的是圖7中同樣的參考數(shù)字。過程700包括基于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)并基于從每個(gè)傳感器/致動(dòng)器102、104提供的傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)(SDC)的步驟(702)。基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示當(dāng)超聲波發(fā)射到?jīng)]有缺陷存在的結(jié)構(gòu)110中時(shí)產(chǎn)生的傳感器數(shù)據(jù)。要指出的是基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器124中(見圖I)。在所述的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器124是處理器106的處理和控制功能122部分的一部分，但是在其它實(shí)施例中，它可以是眾多合適的外部存儲(chǔ)器儲(chǔ)存裝置中的任何ー個(gè)。將所計(jì)算的SDC(在這里還可以稱作損傷指數(shù)(Di))進(jìn)行空間映射以檢測(cè)結(jié)構(gòu)110中的ー個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷(704)。損傷映射根據(jù)空間映射的SDC產(chǎn)生(706)，并且至少選擇性的產(chǎn)生表示損傷映射的圖像呈現(xiàn)顯示命令(708)。處理器106執(zhí)行這些過程步驟中每ー步的具體方式可能有所不同，但是在特定實(shí)施例中，處理器106配置來執(zhí)行的過程700在這里稱為WEMAT，其代表采用三角測(cè)量(Triangulation)的信號(hào)差分系數(shù)的加權(quán)空間映射。即將更詳細(xì)進(jìn)行描述的該過程700，克服了現(xiàn)有已知過程的缺點(diǎn)，因?yàn)樗捎昧烁敯舻腟DC計(jì)算，其減輕了基準(zhǔn)信號(hào)和實(shí)際信號(hào)同步的影響。過程700還采用不同的模型對(duì)SDC進(jìn)行空間映射，其減小對(duì)各種參數(shù)的靈敏度并減輕了所監(jiān)測(cè)區(qū)域的非均勻覆蓋的影響。處理器106配置來執(zhí)行的SDC計(jì)算(702)采用下式(I)
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)和評(píng)估結(jié)構(gòu)缺陷的方法，包括步驟 存儲(chǔ)與結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示感測(cè)到的發(fā)射到?jīng)]有缺陷的該結(jié)構(gòu)中的超聲波； 從耦合到該結(jié)構(gòu)的多個(gè)致動(dòng)器發(fā)射超聲波到該結(jié)構(gòu)中； 利用耦合到該結(jié)構(gòu)并與致動(dòng)器空間隔開的多個(gè)傳感器，感測(cè)從該多個(gè)致動(dòng)器發(fā)射到該結(jié)構(gòu)中的超聲波，從而產(chǎn)生并且提供傳感器數(shù)據(jù)； 根據(jù)該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和該傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)；以及 空間映射所計(jì)算的信號(hào)差分系數(shù)以檢測(cè)該結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)該空間映射的信號(hào)差分系數(shù)生成損傷映射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括呈現(xiàn)表示該損傷映射的圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該信號(hào)差分系數(shù)(SDC)利用下式計(jì)算
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中利用基函數(shù)對(duì)該SDC進(jìn)行空間映射，該基函數(shù)利用下式定義 Bwij (x, y) = Bij (χ,y) 其中
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括利用下式生成損傷映射 D(x,}) = f (I - SDCij )Bwij (x, y)， 其中D(x, y)是在空間坐標(biāo)(χ, y)處的損傷指數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括呈現(xiàn)表示該損傷映射的圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 該多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)被配置為選擇性的用作傳感器；該多個(gè)傳感器中的每一個(gè)被配置為選擇性的用作致動(dòng)器，以及 該方法進(jìn)一步包括 選擇性的配置每個(gè)傳感器用作致動(dòng)器并從其發(fā)射超聲波； 選擇性的配置每個(gè)致動(dòng)器用作傳感器并用其感測(cè)超聲波。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 將每個(gè)致動(dòng)器安裝在第一柔性印刷電路上； 將每個(gè)傳感器安裝在第二柔性印刷電路上；以及 將該第一和第二印刷電路耦合到該結(jié)構(gòu)。
10.一種結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)，包括 適于耦合到結(jié)構(gòu)的多個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器，每個(gè)第一傳感器/致動(dòng)器配置為選擇性的發(fā)送超聲波到該結(jié)構(gòu)中； 適于耦合到該結(jié)構(gòu)的多個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器，以及當(dāng)耦合到該結(jié)構(gòu)時(shí)，與每個(gè)該第一傳感器/致動(dòng)器空間隔開，每個(gè)第二傳感器/致動(dòng)器配置為選擇性的感測(cè)從一個(gè)或多個(gè)該第一傳感器/致動(dòng)器發(fā)射的超聲波并產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)；以及 耦合來接收該傳感器數(shù)據(jù)的處理器，其配置為一旦接收到該傳感器數(shù)據(jù)，就 根據(jù)該傳感器數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)，該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示所感測(cè)到的發(fā)射到?jīng)]有缺陷存在的該結(jié)構(gòu)中的超聲波，以及 空間映射所計(jì)算的信號(hào)差分系數(shù)以檢測(cè)該結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷。
全文摘要
提供了一種檢測(cè)和評(píng)估結(jié)構(gòu)缺陷的系統(tǒng)和方法。存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示感測(cè)到的發(fā)射到無缺陷結(jié)構(gòu)中的超聲波。由多個(gè)耦合到該結(jié)構(gòu)的致動(dòng)器向該結(jié)構(gòu)發(fā)射超聲波。由該多個(gè)致動(dòng)器向該結(jié)構(gòu)發(fā)射的該超聲波信號(hào)被多個(gè)傳感器感測(cè)到，該傳感器耦合到該結(jié)構(gòu)并與該致動(dòng)器空間隔開，從而產(chǎn)生和提供傳感器數(shù)據(jù)。根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算信號(hào)差分系數(shù)。將計(jì)算的信號(hào)差分系數(shù)空間映射以檢測(cè)該結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷。
文檔編號(hào)G01N29/44GK102854245SQ20121027870
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者R·赫德爾, J·芬達(dá), K·阿達(dá)梅克 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司