[發明專利]基于超聲導波和機電阻抗的移動式損傷檢測方法

有效

• 申請號: 201510017210.6
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104597083B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 武湛君;鄭躍濱;劉科海;高進;王奕首
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 姜玉蓉,李洪福

技術領域

本發明涉及一種結構損傷檢測方法，具體涉及一種基于超聲導波和機電阻抗的移動式損傷檢測方法。

背景技術

飛行器、土木建筑及重型機械等工程結構在服役過程中長期承受復雜的載荷條件甚至可能遭受意外的撞擊，需要及時檢測結構的損傷，定期評價結構的完整性，以防止結構失效帶來巨大的損失。近年來，基于導波(板、殼結構中通常稱為Lamb波)和基于機電阻抗的損傷檢測方法在無損檢測領域均有廣泛的應用。以上兩種方法對于結構表面或內部的損傷均較為敏感，并各有特點。對基于導波的損傷檢測方法來說，導波在短時間內可以傳播較長的距離，因此對大面積、長距離結構能快速有效地進行損傷定位。而對基于阻抗法的損傷檢測方法的特點和優勢主要在于該方法檢測靈敏度高、信號采集及處理方便快捷，因此能夠更高效地評估損傷詳細狀況。

然而以上兩種方法各自存在一些問題：由于超聲導波或稱Lamb波有多模態和頻散等特性，在復雜的結構中回波信號會比較復雜，信號分析和處理起來較為困難，因此對于損傷的定量化檢測有一定難度；而對于阻抗法來說，掃描頻率越高，對損傷越敏感，然而檢測區域也相應變小，不利于損傷定位。

發明內容

根據現有技術中存在的問題，本發明公開了一種基于超聲導波和機電阻抗的移動式損傷檢測方法，該方法基于超聲導波和機電阻抗相結合技術，首先采用導波法對結構損傷進行掃描定位，再通過機電阻抗法對損傷狀況進行評估，具體包括以下步驟：

S1：布置移動式傳感器探頭使其吸附在待測結構的表面；

S2：移動式傳感器探頭激勵并接收超聲導波設備的導波信號，對待測結構的損傷位置進行定位，獲得初步診斷圖像，確定無損區域及待檢測區域E；

S3：將移動式傳感器探頭布置在待測結構的無損區域的任意M個不同位置，分別用m(m＝1～M)表示，采用阻抗分析儀測量每個位置移動式傳感器探頭的阻抗值，取所述M個位置阻抗的平均值作為干耦合阻抗的基準值；

S4：計算干耦合阻抗的統計差異從而確定阻抗的隨機誤差分布，通過隨機誤差分布使用t檢驗準則確定損傷閾值；

S5：在待檢測區域E建立直角坐標系，設置Q個檢測點，分別用q(q＝1～Q)表示；

S6：在q(q＝1開始)位置處布置移動式傳感器探頭，使其再次吸附在待測結構的表面并進行阻抗測量；

S7：重復步驟S6，依次完成剩余檢測點的阻抗測量，得到各檢測點的干耦合阻抗值Re(Z)_q；

S8：采集S7中檢測到的干耦合阻抗值Re(Z)_q對其進行信號處理，將超過S4中損傷閾值的數據用于損傷診斷圖像的構建，獲取待檢測區域E的損傷診斷圖像，評估損傷程度獲得待測結構的損傷信息。

所述移動式傳感器探頭內部集成有一個或多個壓電晶片傳感器。通過干耦合方式實現傳感器與待測結構的能量傳遞，可用于干耦合機電阻抗表征，無需采集損傷前的基準信號，適用于結構損傷的局部診斷。

所述可吸附在待測結構表面的傳感器探頭，將基于導波的全局檢測方法和基于機電阻抗的局部診斷方法相結合，形成可移動和擴展的傳感器網絡。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明采用移動式傳感器探頭測量干耦合機電阻抗，對于感興趣的區域更易達到和實施檢測策略，彌補了傳統粘接傳感器的阻抗法檢測范圍小的缺點。

2、本發明采用移動式傳感器探頭測量干耦合機電阻抗，發展無基準信號的機電阻抗法進行損傷檢測，克服了傳統的機電阻抗損傷檢測方法易受到環境變化影響的缺點。

3、本發明提出的損傷檢測方法中應用移動式裝置，采用該裝置的移動式傳感器探頭既能夠實現導波的激勵和接收，同時可用于干耦合機電阻抗的表征，無需增加傳感器探頭數量，用較少的傳感器探頭就可以實現大面積結構的靈活檢測與診斷。

4、本發明提出的損傷檢測方法將基于導波和基于機電阻抗的兩種損傷檢測方法相結合，發揮二者的優點，并互為補充，彌補了二者各自的缺點：導波信號復雜，對于損傷的定量化檢測有一定難度；而阻抗法的掃描頻率越高，對損傷越敏感，然而檢測區域也相應變小，不利于損傷定位。此方法首先基于導波對損傷進行快速掃描定位確定無損傷區域及待檢測區域E，然后分別移動探頭至無損傷區域及待檢測區域E，再通過移動式探頭的干耦合機電阻抗表征得到損傷狀況的詳細信息，大大提高了損傷檢測能力。

附圖說明