專利名稱：基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種機械結構檢測技術領域的方法，具體是一種基于蘭姆波的自 主式損傷識別成像方法。
背景技術：
蘭姆波(Lamb waves)是在板殼結構中傳播的導向波，近二十年內，利用換能器來 激發(fā)與采集蘭姆波信號的方法被廣泛應用于大型板殼結構的無損檢測領域。傳統(tǒng)的基于 蘭姆波的損傷識別方法通常需要在結構無缺陷時就提前對結構采集信號，并把所采集的信 號作為基準信號；然后對當前的結構采集信號，并把所采集的信號作為檢測信號。對比基 準信號和檢測信號，以提取由缺陷散射的波信號的飛行時間(ToF)，并利用三角定位算法 可以實現(xiàn)損傷識別和定位的目的，如文獻《Michaels，J. Ε.，and Michaels, Τ. Ε. (2007). Guided wave signal processing and image fusion for in situ damage localization in plates. Wave Motion,44(6) :482-492.》(用于定位板內損傷的導向波信號的處理和圖 像商蟲合)禾口文■〈〈Jennifer，Ε· M. (2008). Detection, localization and characterization of damage in plates with an in situ array of spatially distributed ultrasonic sensors. Smart Materials and Structures, 17(3) :0350；35·》(利用空間陣列分布的超聲 傳感器實現(xiàn)對板內損傷的診斷，定位和特征描述)。然而蘭姆波在板殼結構中傳播時具有不 可避免的頻散特性，并且當遇到缺陷時會產生反射、散射、透射等現(xiàn)象，使得所采集的波信 號非常復雜，導致這種基于ToF的損傷識別方法在實際應用中受到很大的限制。
隨后發(fā)展起來的損傷識別方法為了避免提取缺陷散射的波信號的ToF，通過對一 條傳感路徑所采集的基準信號與檢測信號進行相關性分析來校對該條傳感路徑的損傷指 數(shù)(DI)。結合傳感網絡里所有傳感路徑所校對的DI，利用加權分布成像算法可以實現(xiàn)對傳 感網絡所包圍的區(qū)域的無損檢測。
經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，《Zhao X，Qian Τ, Mei G，et al. Active health monitoring of an aircraft wing with an embedded piezoelectric sensor/actuator network :II. Wireless approaches. Smart Materials and Structures. 200716(4). 1218-1225》(利用嵌入式壓電傳感器網絡實現(xiàn)對飛行器機翼的自 主式健康監(jiān)測:II.無線方法)和文獻《Hay T R,Royer R L，Gao H，et al. Acomparison of embedded sensor Lamb wave ultrasonic tomography approaches for material loss detection. Smart Materials and Structures. 2006 15 (4). 946-951》(用于診斷材料損失 的嵌入式傳感蘭姆波的超聲成像方法的對比)。然而這種方法依然需要依賴基準信號。自 主式的無損檢測技術要求在不破壞結構的前提下，自主地對結構內部的缺陷進行在線的實 時檢測。當結構所處的環(huán)境因素發(fā)生改變，將導致結構中傳播的波信號的本質特征發(fā)生改 變，而且這種改變將混淆由缺陷所引起的波信號的特征改變，大大降低了損傷識別和定位 的精度，無法滿足實時性和在線性的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于蘭姆波的自主式損傷識別成 像方法，避免了提取由缺陷散射的波信號的飛行時間，克服了依賴于基準信號的缺點。本發(fā) 明不僅滿足了實時性和在線性的要求，而且可以準確地識別與定位多損傷，實現(xiàn)板殼結構 的自主式的無損檢測，在航天航空以及建筑等領域具有非常重要的實用價值。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟步驟1、構建傳感網絡將換能器固定在待檢測板殼結構的表面，或鑲嵌于結構內 部。每一對換能器以一發(fā)一收的方式設置，組成一條激勵-感應波信號的傳感路徑，若干條 傳感路徑構建成傳感網絡，所覆蓋的待檢測板殼結構的區(qū)域為檢測區(qū)域。所述的換能器采用鍥形塊狀或薄片狀的壓電陶瓷材料制成。所述的傳感路徑是指一條長度為激勵換能器到感應換能器之間的距離的直線。所述的傳感網絡是指根據待檢測板殼結構中所需要的檢測區(qū)域來布局換能器， 使得所構建的傳感網絡能夠覆蓋整個所需要的檢測區(qū)域。步驟2、校對傳感網絡中各條傳感路徑的基于時間逆轉的損傷指數(shù)DI， 具體步驟為對第η條傳感路徑而言，通過分析重建波形Cn(t)與原始激勵信號 的波形VcJt)的反相關性來校對該條傳感路徑的損傷指數(shù)DIn，該損傷指數(shù)為/
權利要求
1. 一種基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1、構建傳感網絡將換能器固定在待檢測板殼結構的表面，或鑲嵌于結構內部。 每一對換能器以一發(fā)一收的方式設置，組成一條激勵-感應波信號的傳感路徑，若干條傳 感路徑構建成傳感網絡，所覆蓋的待檢測板殼結構的區(qū)域為檢測區(qū)域；步驟2、校對傳感網絡中各條傳感路徑的基于時間逆轉的損傷指數(shù)DI，具體步驟為對 第η條傳感路徑而言，通過分析重建波形Cn(t)與原始激勵信號的波形Vtln(t)的反相關性中t為采樣時間點；to為采樣時間的起始點，取值為0 ；tl為采樣時間的終止點，取值為原 始激勵信號的時間長度。η為傳感路徑的序號1 < η < N，N為傳感路徑的總數(shù)；步驟3、把對所有傳感路徑所校對的損傷指數(shù)中的最大值的45%設定為閾值，并用此 閾值來判斷傳感路徑被損傷影響的程度當一條傳感路徑的損傷指數(shù)大于閾值，則推斷該 條傳感路徑被損傷影響；否則判斷該條傳感路徑未被損傷影響，并將該條傳感路徑的損傷 指數(shù)設定為0 ；步驟4、對所有傳感路徑的損傷指數(shù)進行加權分布處理，進而得到損傷出現(xiàn)在坐標點 (X，y)處的概率值。
2.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法，其特征是，所述的 換能器采用鍥形塊狀或薄片狀的壓電陶瓷材料制成。
3.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法，其特征是，所述的 傳感路徑是指一條長度為激勵換能器到感應換能器之間的距離的直線。
4.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法，其特征是，所述的 傳感網絡是指根據待檢測板殼結構中所需要的檢測區(qū)域來布局換能器，使得所構建的傳 感網絡能夠覆蓋整個所需要的檢測區(qū)域。
5.根據權利要求1所述的基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法，其特征是，所述的 步驟4具體包括以下·4. 1)對第η條傳感路徑，加權分布函數(shù)Wn[Rn(x，y)]與坐標點(x，y)到該條傳[i-^^, Rn(x,y)<P 感路徑的相對距離I n(X，y)的關系為[氏(U)]= β，其中·0, Rn(x,y)>P(x, y)為檢測區(qū)域內的坐標點，對邊長為a的正方形檢測區(qū)域而言，-a彡X，y彡a。 Rn (U) = Da" (X’Dm (X’力-1，Dn是第η條傳感路徑上激勵點與感應點之間的距離；ηDan(χ, y) ^P Dsn(χ, y)分別是坐標點(χ, y)到激勵點和感應點的距離，參數(shù)β決定第η條 傳感路徑影響區(qū)域的大小，0. 015 ^ β ^ 0. 15，η為傳感路徑的序號1彡η彡N，N為傳感 路徑的總數(shù)；·4.2)計算損傷出現(xiàn)在坐標點(x，y)處的概率值J(U) = Zi^ [凡(x,力];來校對該條傳感路徑的損傷指數(shù)DIn，該損傷指數(shù)為
全文摘要
一種機械結構檢測技術領域的基于蘭姆波的自主式損傷識別成像方法，通過構建傳感網絡并校對傳感網絡中各條傳感路徑的基于時間逆轉的損傷指數(shù)DI，然后把對所有傳感路徑所校對的損傷指數(shù)中的最大值的45％設定為閾值，并用此閾值來判斷傳感路徑被損傷影響的程度；最后對所有傳感路徑的損傷指數(shù)進行加權分布處理，進而得到損傷出現(xiàn)在坐標點(x，y)處的概率值。本發(fā)明避免了提取由缺陷散射的波信號的飛行時間，克服了依賴于基準信號的缺點。本發(fā)明不僅滿足了實時性和在線性的要求，而且可以準確地識別與定位多損傷，實現(xiàn)板殼結構的自主式的無損檢測，在航天航空以及建筑等領域具有非常重要的實用價值。
文檔編號G01N29/44GK102043016SQ20101053324
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權日2010年11月5日
發(fā)明者葉林, 孟光, 李富才, 苗曉婷 申請人:上海交通大學