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原文传递一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法

专利名称：	一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法
摘要：	本发明公布了一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，属于工程结构健康监测技术领域。本方法首先采集结构中Lamb波的时间域‑空间域信号，时间域采样必须满足采样定理，然后根据搜索波数将Lamb波的时间域采样信号转换为空间域采样信号，并将各个空间采样合成出一列空间采样信号，其次求取各搜索波数下合成空间采样信号与其Morlet小波变换之间的误差，最后选取波数搜索误差最小值处对应的波数值作为Lamb波信号的波数。本发明实现了Lamb波时间域采样对空间域采样的补偿，解决了空间采样波数不足时Lamb波波数的求取，从而有助于促进空间‑波数域信号处理方法在工程结构健康监测领域的应用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海大学
发明人：	刘彬;刘廷章
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910182769.2
公开号：	CN110018235A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	曹芸
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	200444 上海市宝山区上大路99号
主权项：	1.一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：采集结构中Lamb波的时间域-空间域信号S；步骤二：设置波数搜索范围及间隔；步骤三：合成空间采样信号G；步骤四：求取合成空间采样信号与其Morlet小波变换之间的误差e；步骤五：求取Lamb波信号的波数kn。 2.根据权利要求1所述的一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，其特征在于：所述步骤一具体过程如下： ①在结构上布置一条由M个压电传感器阵元组成的线形压电传感器阵列，压电传感器依次编号为1、2、…、m、…、M，相邻两个压电传感器中心点之间的间距，也即是阵元间距为Δx； ②设置Lamb波的时间域采样分辨率为Δt，要求其必须满足采样定理：式中：fs为Lamb波时间域采样频率，f0为Lamb波信号的中心频率；最终采集到的Lamb波时间域-空间域信号为：式中：S为Lamb波时间域-空间域信号，s1(1)为1号压电传感器1时刻的采样，s1(t)为1号压电传感器t时刻的采样，s1(T)为1号压电传感器T时刻的采样，sm(1)为m号压电传感器1时刻的采样，sm(t)为m号压电传感器t时刻的采样，sm(T)为m号压电传感器T时刻的采样，sM(1)为M号压电传感器1时刻的采样，sM(t)为M号压电传感器t时刻的采样，sM(T)为M号压电传感器T时刻的采样。 3.根据权利要求1所述的一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，其特征在于：所述步骤二的具体过程如下：设置波数搜索范围为[k1,kN]，波数扫描分辨率为Δk，其中式中：k1为波数搜索起始值，kN波数搜索最大值，π为圆周率，V为Lamb波时间域采样点数，L为线形压电传感器阵列的长度，fs为Lamb波时间域采样频率，f0为Lamb波信号的中心频率。 4.根据权利要求1所述的一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，其特征在于：所述步骤三的具体过程如下： ①选定一个波数搜索值kn，根据公式(4)将各个压电传感器的时间域采样转换为空间域采样其中：x为t时刻对应的空间采样位置，t为采样时间，π为圆周率，f0为Lamb波信号的中心频率；则Lamb波的时间域-空间域信号转换为空间域信号式中：S’为波数搜索值kn下，Lamb波时间域-空间域信号转换出的空间域信号，x1-1为1号压电传感器1时刻对应的空间采样位置，x1-t为1号压电传感器t时刻对应的空间采样位置，x1-T为1号压电传感器T时刻对应的空间采样位置，xm-1为m号压电传感器1时刻对应的空间采样位置，xm-t为m号压电传感器t时刻对应的空间采样位置，xm-T为m号压电传感器T时刻对应的空间采样位置，xM-1为M号压电传感器1时刻对应的空间采样位置，xM-t为M号压电传感器t时刻对应的空间采样位置，xM-T为M号压电传感器T时刻对应的空间采样位置，s1(x1-1)为1号压电传感器在x1-1位置处的采样，s1(x1-t)为1号压电传感器在x1-t位置处的采样，s1(x1-T)为1号压电传感器在x1-T位置处的采样，sm(xm-1)为m号压电传感器在xm-1位置处的采样，sm(xm-t)为m号压电传感器在xm-t位置处的采样，sm(xm-T)为m号压电传感器在xm-T位置处的采样，sM(xM-1)为M号压电传感器在xM-1位置处的采样，sM(xM-t)为M号压电传感器在xM-t位置处的采样，sM(xM-T)为M号压电传感器在xM-T位置处的采样； ②将各个空间采样sm(xm-t)按照空间采样位置xm-t从小到大的顺序进行排序，如果有空间采样位置相同，则它们的空间采样取平均值，最终合成出的空间采样信号为 G＝[g(z1),…,g(zr),…,g(zR)] (6) 式中：G为最终合成出的空间采样信号，g(z1)为空间位置z1处的空间采样值，g(zr)为空间位置zr处的空间采样值，g(zR)为空间位置zR处的空间采样值。 5.根据权利要求1所述的一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，其特征在于：所述步骤四的具体过程如下： ①求取空间采样间隔平均值其中：zr为第r个合成出的空间采样位置，zr+1为第r+1个合成出的空间采样位置，R为合成出的空间采样位置的总个数，z′为合成出的空间采样，r为空间采样位置的计算变量； ②求取空间采样波数其中：ks为合成空间采样信号的空间采样波数，z′为合成空间采样信号的空间采样间隔平均值； ③根据搜索波数kn和空间采样波数ks，对合成空间采样信号G进行Morlet小波变换，取其实部得到合成空间采样信号的Morlet小波变换结果G′，然后计算其与G的误差en en＝(G'-G)2 (9)。 6.根据权利要求1所述的一种基于时域补偿的欠采样Lamb波波数搜索方法，其特征在于：所述步骤五具体过程如下：选取下一个波数搜索值kn+1，重复步骤三和步骤四，计算该波数搜索值时，合成空间采样信号与其Morlet小波变换之间的误差en+1，直至n＝N；由此得到各波数搜索值对应的误差，然后选取波数搜索误差最小值处对应的波数值kn，即为Lamb波信号的波数。
所属类别：	发明专利