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原文传递一种温度变化环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法

专利名称：	一种温度变化环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法
摘要：	本发明公开了一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，通过计算基准信号集中基准信号间的差异性指数，构建结构健康监测网络的基准系数集；根据实时采集信号的温度信息进行基准筛选并进行损伤指数的计算，结合基准系数求取各个传播路径下的损伤比例系数，将其导入至检测网络中进行实际损伤路径筛选，最后结合损伤定位成像算法输出损伤所在位置。本发明所提出的复合材料超声监测方法能有效去除复合材料各向异性对超声传播的影响，并且能有效消除环境因素对超声信号的干扰，能够快速实现损伤的精准定位。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京博感科技有限公司
发明人：	张昶;陈榕
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T20:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010103803.5
公开号：	CN111208206A
代理机构：	南京智造力知识产权代理有限公司
代理人：	杜丹
分类号：	G01N29/06;G01N29/44;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/06;G01N29/44
申请人地址：	100089 北京市海淀区北四环路9号1707-A066
主权项：	1.一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，计算基准信号间的损伤指数，构造基准系数集；步骤2，根据温度传感器采集到的结构温度信息，以固定的温度间隔进行触发式基准信号的采集，建立基准信号库；步骤3，实时采集信号，根据该信号的温度信息从基准信号库中筛选出临近的基准信号，进行损伤指数的计算，结合基准系数集求解各个传播路径下的损伤比例系数，并根据所求损伤比例系数总和判断结构健康状况；步骤4，若有损伤存在，将各个传播路径的损伤比例系数输入至传感器网络中，筛选出损伤覆盖区域的传播路径，结合概率成像算法进行损伤定位。 2.根据权利要求1所述一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，其特征在于，所述基准系数集的构造方法为：步骤1.1，当被测结构处于健康状态时，在环境温度稳定的情况下，以固定的时间间隔连续采集基准信号构建测试数据集；步骤1.2，对步骤1.1中采集到的相同环境状态下的基准信号进行损伤指数计算；步骤1.3，将损伤指数按照传播路径排列的方式进行统计，剔除异常值，建立基准系数集DIbase。 3.根据权利要求1所述一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，其特征在于，在结构健康状态下，等温度间隔采集超声信号，并给超声信号进行温度标记，将所有带有温度标记的超声信号建立基准信号库。 4.根据权利要求3所述一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，其特征在于，所述步骤3的过程为：步骤3.1，根据采集信号的温度，从基准信号库中筛选出最优基准信号ubase(t,T)；步骤3.2，利用窗函数截取信号的直达波波包，并进行损伤指数的计算；其中，uresidual(t)为差值信号，ucurrent(t,T0)为实时采集信号，t1,t2分别对应于基准信号首波的起始时间与结束时间，t3,t4分别对应于实时采集信号首波的起始时间与结束时间，Δt为首波包络的长度；DIcurrent为实时计算所得损伤指数；envbase(t)为ubase(t)的包络谱信号，envresidual(t)为uresidual(t)的包络谱信号，ubase(t)为最优基准信号；env(t)为对应时域信号u(t)的包络谱；步骤3.3，结合基准系数进行损伤比例系数k的计算；其中，i表示激励传感器的标号，j表示接收传感器的编号，kij为第ij条激励--传感直达路径对应的损伤比例系数；为当前路径下采集信号计算所得损伤指数，为对应路径下的基准系数，b为偏置参数。步骤3.4，设定损伤判断阈值Threshold，根据全路径损伤比例系数总和的大小进行损伤判断，若THR＝0，此时结构健康并停止后续计算；若THR＝1，此时结构存在损伤需要进行进一步的计算。 5.根据权利要求4所述一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，其特征在于，根据损伤判断阈值Threshold进行损伤判断的依据为： 6.根据权利要求4或5所述一种变化温度环境下的复合材料超声导波结构健康监测方法，其特征在于，所述步骤4的过程为：步骤4.1，将损伤比例系数kij导入传感器网络中，进行损伤成像路径筛选；步骤4.2，结合概率成像算法，实现对监测区域中各像素点的损伤概率求解；其中，(x,y)表示传感器网络中的任意像素点，P(x,y)表示(x,y)点存在损伤的概率，Wij[Rij(x,y)]表示第i个激励传感器和第j个接收传感器之间传播路径的权重分布函数；步骤4.3，对求得的热点区域图像进行损伤热点区域缩放，缩小损伤成像面积，进行损伤精准定位。其中，U(x,y)表示像素点(x,y)处的各铺层的权重分布函数累加和，PDI(x,y)为经损伤热点区域缩放后的实际损伤定位热点图，α为控制损伤热点区域缩放和补偿的参数；经缩放补偿后损伤热点区域更加集中，热点区域面积更小，定位精度更高，更加有利于实际损伤的发现；peak(P)为P(x,y)中所有像素点的损伤概率最大值；peak(U)为U(x,y)中的最大值。 7.根据权利要求4所述一种温度变化环境下的超声结构健康监测方法，其特征在于，结构健康时，若ΔT≥Δd，则将当前最优基准信号输入基准信号数据库中，实现对基准信号数据库更新，其中，ΔT是当前监测信号的采集温度与最优基准信号间的温差，dT为温度采集间隔。
所属类别：	发明专利