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原文传递一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法

专利名称：	一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法
摘要：	本发明公开了一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，所述方法包括如下步骤：向板结构发射若干激励信号，并接收返回的响应信号；对响应信号进行变换得到变换系数；通过变换系数计算得到响应信号中信号波的峰值到达时刻；根据峰值到达时刻计算响应信号的波速；通过波速绘制板结构的频率‑速度特征曲线；根据频率‑速度特征曲线判断板结构的健康状态，本发明通过同步压缩小波变换提高时频分辨率，分析Lamb波的频散特征，通过对比判断板结构的健康状态，摆脱了对差信号的依赖，对响应信号自身进行时频分析，解决了时变条件和多模的影响问题，相较于传统方法对微小损伤有更优秀的判断能力，能更多地反应结构本身发生的变化。
专利类型：	发明专利
申请人：	南京邮电大学
发明人：	王强;薛新宇;孙大彪
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010071059.5
公开号：	CN111175379A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	董建林
分类号：	G01N29/04;G01N29/07;G01N29/12;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/04;G01N29/07;G01N29/12
申请人地址：	210013 江苏省南京市栖霞区仙林大学城文苑路9号
主权项：	1.一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：向板结构发射若干激励信号，并接收返回的响应信号；对响应信号进行变换得到变换系数；通过变换系数计算得到响应信号中信号波的峰值到达时刻；根据峰值到达时刻计算响应信号的波速；通过波速绘制板结构的频率-速度特征曲线；根据频率-速度特征曲线判断板结构的健康状态。 2.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：向板结构发射若干激励信号，并接收返回的响应信号的方法包括如下步骤：从某一位置向板结构依次发射多个激励信号；每次发射的同时从另一位置采集Lamb波响应信号。 3.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：所述激励信号为五周期加窗恒频正弦信号，每次发射的激励信号频率均不相同，在设备允许范围内均匀分布，每个激励信号的幅值有且仅有一个极大值点，幅值从零开始单调递增，到达极值点后再单调递减为零，幅值随时间变化的函数连续且可导，其导数在波形的起始时刻和结束时刻均为零。 4.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：所述激励信号用公式表述即为： SEi(t)＝Ai(t)sin2πfit；其中，i＝1，2，...，n为激励信号的编号，n为激励信号的数量；fi为激励信号的频率，f1＜f2＜…＜fn；t为时间，以满足五周期这一条件；Ai(t)为窗函数，需要满足在上连续，可导，Ai(0)＝0，Ai′(0)＝0，且Ai(t)有且仅有一个极大值点(tsi，Ai(tsi))，其中，tsi为第i个激励信号SEi(t)的窗函数Ai(t)的极大值点时间坐标。 5.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：对响应信号SRi(t)进行变换得到变换系数的方法包括如下步骤：通过公式：其中，TWSSi(f,t)为所求同步压缩小波变换系数；ψ(t)为根据信号特征选取的合适母小波；s为尺度；to为时间坐标；f为频率坐标；∈为根据噪声情况选取的合适阈值。 6.根据权利要求5所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：通过变换系数计算得到响应信号中信号波的峰值到达时刻的方法包括如下步骤：对所有同步压缩小波变换系数取模，第i次测量所对应的结果记为Fi(f，t)；对激励信号频率附近的上述结果进行积分，积分半径为激励信号频率的设结果为Gi(t)，公式即为：选取其中的若干个主要波峰对应的时间坐标作为主要模式的峰值到达时刻，根据每次测量中每个主要模式到达的先后顺序依次记为ti，k，其中k为每次测量中模式的到达次序，是正整数，将激励信号频率与到达时刻绑定为频率-时间对，记为(fi，ti，k)。 7.根据权利要求6所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：所述波峰Gi(ti，k)要满足以下要求：波峰峰值大于阈值pmin(i)，即：其中，max(Gi(t))为曲线Gi(t)的最大值；波峰的峰宽大于对应激励信号的周期的六分之一，即波峰在半径为的范围内没有比自身更高的波峰。 8.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：根据峰值到达时刻计算响应信号的波速的方法包括如下步骤：记激励信号的发射位置到响应信号的采集位置之间的Lamb波传播距离为d，每个模式信号的波速计算公式如下： 9.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：通过波速绘制板结构的频率-速度特征曲线的方法包括如下步骤：以对应的激励信号频率为横轴，波速为纵轴，根据每个模式信号对应的信息在坐标平面内画出对应点，第i次测量的第k个模式信号的坐标即为(fi，vi，k)；将所有测量中次序相同的模式信号的对应点分别按横轴坐标增加次序相连，即所有点(fi，vi，k)中下标k相同的点，分别按下标i从小到大的顺序依次相连。 10.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩小波变换的Lamb波板结构健康监测方法，其特征在于：根据频率-速度特征曲线判断板结构的健康状态的方法包括如下步骤：将所述频率-速度特征曲线与该板结构在健康状态下所得的频率-速度特征曲线进行对比；当对比结果包括：模式曲线的数目不同；同一模式所对应的两条曲线，在同一频率处速度之差超过10米每秒；则判断板结构有损伤。
所属类别：	发明专利