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原文传递一种多层复合材料的损伤检测方法及系统

专利名称：	一种多层复合材料的损伤检测方法及系统
摘要：	本发明公开一种多层复合材料的损伤检测方法及系统。该方法包括:获取待测复合材料的材料参数；获取待测复合材料的超声反射信号和超声透射信号；超声反射信号为超声波检测仪器上探头采集的信号，超声透射信号为超声波检测仪器下探头采集的信号；采用改进的匹配追踪法对超声反射信号和超声透射信号进行匹配追踪分解，得到超声反射信号的特征信息和超声透射信号的特征信息；根据待测复合材料的材料参数、超声反射信号的特征信息和超声透射信号的特征信息，采用BP神经网络模型得到待测复合材料的损伤层参数；根据损伤层参数确定待测复合材料损伤的深度和厚度。本发明可以提高损伤检测的效率和精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京交通大学
发明人：	姚凯;李益铭;赵欣欣;李兴龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910634962.5
公开号：	CN110286155A
代理机构：	北京高沃律师事务所
代理人：	刘凤玲
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100044 北京市海淀区上园村3号
主权项：	1.一种多层复合材料的损伤检测方法，其特征在于，包括: 获取待测复合材料的材料参数；所述材料参数包括总厚度、单层厚度、弹性模量和密度；获取所述待测复合材料的超声反射信号和超声透射信号；所述超声反射信号为超声波检测仪器上探头采集的信号，所述超声透射信号为所述超声波检测仪器下探头采集的信号；采用改进的匹配追踪法对所述超声反射信号和所述超声透射信号进行匹配追踪分解，得到所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息；所述特征信息包括原子序列和相关系数序列；根据所述待测复合材料的材料参数、所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息，采用BP神经网络模型得到所述待测复合材料的损伤层参数；所述损伤层参数包括损伤层的深度参数、厚度参数和损伤程度参数；根据所述损伤层参数确定所述待测复合材料损伤的深度和厚度。 2.根据权利要求1所述的多层复合材料的损伤检测方法，其特征在于，所述采用改进的匹配追踪法对所述超声反射信号和所述超声透射信号进行匹配追踪分解，得到所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息，具体包括：获取所述超声波检测仪器的输入信号对应的波形字典；所述波形字典包括多个原子；获取当前迭代次数的超声信号的残差；所述超声信号为所述超声反射信号或所述超声透射信号；将所述波型字典中的所有元素分别与当前迭代次数的所述超声信号的残差进行内积，得到每个元素对应的内积；将内积最大值对应的元素确定为第一原子；将内积最大值确定为第一相关系数；将残差减去所述残差在第一原子上的投影，得到更新后的超声信号的残差；迭代次数加一，返回将所述波型字典中的所有元素分别与当前迭代次数的所述超声信号的残差进行内积，得到每个元素对应的内积的步骤，进入下一次迭代；当迭代次数到达设定最大迭代次数时，得到所有迭代次数对应的所有第一原子和所有第一相关系数；将所有第一原子组成的序列确定为所述超声信号对应的原子序列；将所有第一相关系数组成的序列确定为所述超声信号对应的相关系数序列。 3.根据权利要求2所述的多层复合材料的损伤检测方法，其特征在于，所述获取所述超声波检测仪器的输入信号对应的波形字典，之前还包括：根据所述待测复合材料的材料参数，构建所述待测复合材料的有限元模型；在所述有限元模型中，建立不同损伤层参数的损伤；获取所述超声波检测仪器的输入信号函数；将所述超声波检测仪器的输入信号函数进行平移、相位变换和叠加，得到初始原子；将所述初始原子做归一化处理，得到波形字典中的原子；在第一设定范围内遍历平移因子，在第二设定范围内遍历相位因子，得到所有的原子；所述第一设定范围为[0,T]，T为所述超声波检测仪器采集信号的长度，所述第二设定范围为{0,π}；将所有原子构成的集合确定为所述输入信号对应的波形字典。 4.根据权利要求3所述的多层复合材料的损伤检测方法，其特征在于，所述根据所述待测复合材料的材料参数、所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息，采用BP神经网络模型得到所述待测复合材料的损伤层参数，之前还包括：根据所述有限元模型中不同损伤对应的损伤层参数构建损伤数据库；构建初始BP神经网络模型；所述初始BP神经网络模型的输入层包括材料层参数、材料属性参数和损伤层参数，所述初始BP神经网络模型的输出层包括损伤层的深度参数、厚度参数和损伤程度参数；根据所述损伤数据库对所述初始BP神经网络模型进行训练，得到训练后的BP神经网络模型。 5.一种多层复合材料的损伤检测系统，其特征在于，包括: 材料参数获取模块，用于获取待测复合材料的材料参数；所述材料参数包括总厚度、单层厚度、弹性模量和密度；超声信号获取模块，用于获取所述待测复合材料的超声反射信号和超声透射信号；所述超声反射信号为超声波检测仪器上探头采集的信号，所述超声透射信号为所述超声波检测仪器下探头采集的信号；匹配追踪分解模块，用于采用改进的匹配追踪法对所述超声反射信号和所述超声透射信号进行匹配追踪分解，得到所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息；所述特征信息包括原子序列和相关系数序列；损伤检测模块，用于根据所述待测复合材料的材料参数、所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息，采用BP神经网络模型得到所述待测复合材料的损伤层参数；所述损伤层参数包括损伤层的深度参数、厚度参数和损伤程度参数；损伤参数确定模块，用于根据所述损伤层参数确定所述待测复合材料损伤的深度和厚度。 6.根据权利要求5所述的多层复合材料的损伤检测系统，其特征在于，所述匹配追踪分解模块具体包括：波形字典获取单元，用于获取所述超声波检测仪器的输入信号对应的波形字典；所述波形字典包括多个原子；残差获取单元，用于获取当前迭代次数的超声信号的残差；所述超声信号为所述超声反射信号或所述超声透射信号；内积计算单元，用于将所述波型字典中的所有元素分别与当前迭代次数的所述超声信号的残差进行内积，得到每个元素对应的内积；第一原子确定单元，用于将内积最大值对应的元素确定为第一原子；第一相关系数确定单元，用于将内积最大值确定为第一相关系数；残差更新单元，用于将残差减去所述残差在第一原子上的投影，得到更新后的超声信号的残差；迭代单元，用于将迭代次数加一，返回将所述波型字典中的所有元素分别与当前迭代次数的所述超声信号的残差进行内积，得到每个元素对应的内积的步骤，进入下一次迭代；当迭代次数到达设定最大迭代次数时，得到所有迭代次数对应的所有第一原子和所有第一相关系数；原子序列确定单元，用于将所有第一原子组成的序列确定为所述超声信号对应的原子序列；相关系数序列确定单元，用于将所有第一相关系数组成的序列确定为所述超声信号对应的相关系数序列。 7.根据权利要求6所述的多层复合材料的损伤检测系统，其特征在于，还包括：有限元模型构建单元，用于在获取所述超声波检测仪器的输入信号对应的波形字典之前，根据所述待测复合材料的材料参数，构建所述待测复合材料的有限元模型；损伤建立单元，用于在所述有限元模型中，建立不同损伤层参数的损伤；输入信号获取单元，用于获取所述超声波检测仪器的输入信号函数；初始原子计算单元，用于将所述超声波检测仪器的输入信号函数进行平移、相位变换和叠加，得到初始原子；归一化单元，用于将所述初始原子做归一化处理，得到波形字典中的原子；遍历单元，用于在第一设定范围内遍历平移因子，在第二设定范围内遍历相位因子，得到所有的原子；所述第一设定范围为[0,T]，T为所述超声波检测仪器采集信号的长度，所述第二设定范围为{0,π}；波形字典确定单元，用于将所有原子构成的集合确定为所述输入信号对应的波形字典。 8.根据权利要求7所述的多层复合材料的损伤检测系统，其特征在于，还包括：损伤数据库构建模块，用于在根据所述待测复合材料的材料参数、所述超声反射信号的特征信息和所述超声透射信号的特征信息，采用BP神经网络模型得到所述待测复合材料的损伤层参数之前，根据所述有限元模型中不同损伤对应的损伤层参数构建损伤数据库；初始BP神经网络模型构建模块，用于构建初始BP神经网络模型；所述初始BP神经网络模型的输入层包括材料层参数、材料属性参数和损伤层参数，所述初始BP神经网络模型的输出层包括损伤层的深度参数、厚度参数和损伤程度参数；训练模块，用于根据所述损伤数据库对所述初始BP神经网络模型进行训练，得到训练后的BP神经网络模型。
所属类别：	发明专利