[發明專利]基于激勵波束成型和加權圖像融合的MUSIC腐蝕監測方法

有效

• 申請號: 201711337794.0
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108169327B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 袁慎芳;鮑嶠;邱雷;郭方宇;任元強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了基于激勵波束成型和加權圖像融合的MUSIC腐蝕監測方法。該方法針對損傷散射信號弱并影響MUSIC精度，首先將激勵波束成型和雙陣列引入到MUSIC方法中，增強腐蝕損傷的散射信號和提高其信噪比。其次將雙陣列輪流作為激勵或傳感陣列，通過加權融合雙陣列的腐蝕損傷成像，實現了一維線陣盲區內的腐蝕損傷監測。最后提出了基于陣列信號協方差矩陣特征值的腐蝕損傷因子，用以判別腐蝕損傷深度。本發明提高了MUSIC腐蝕監測的定位精度，擴大了傳統一維線陣的監測區域，實現了腐蝕損傷深度的評估，在真實航空結構的腐蝕損傷監測方法具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于工程結構健康監測技術領域，特別涉及了一種MUSIC腐蝕損傷監測方法。

背景技術

目前全球有超過14000架老齡化飛機，而老齡化飛機通常需要更加頻繁的檢測和維護。作為一種頻繁發生的損傷，很多老齡化飛機正遭受著結構腐蝕。根據美國聯邦航空管理局統計，老齡化飛機有關腐蝕的維護花費占總維護費用的30％。因此，腐蝕損傷監測成為當前結構健康監測中一個很重要的課題。

由于Lamb波具有長距離的傳播能力且對小損傷敏感，基于Lamb波的結構健康監測方法具有很好的應用前景。由于傳感器陣列易于在結構上布置且具有方向掃描的功能，陣列信號處理方法逐漸被引入結構健康監測區域。近些年，MUSIC(多重信號分類)算法是其中一種代表性的算法。MUSIC算法屬于子空間類算法，其算法的基本思想是將任意陣列輸出數據的協方差矩陣進行特征值分解，從而得到與信號分量相對應的信號子空間和與信號分量相正交的噪聲子空間，然后利用這兩個子空間的正交性來估計信號的參數。

在MUSIC腐蝕損傷監測中，腐蝕損傷并不能產生Lamb波，因而需要采用主動Lamb波方法并利用腐蝕損傷的散射信號來實現定位和程度評估。然而腐蝕損傷的散射信號很微弱，信噪比低，從而導致MUSIC方法的定位精度低。其次，通常的MUSIC損傷定位方法中采用一維均勻線陣來接受Lamb波，但一維線陣在靠近0°和180°角度范圍內存在監測盲區問題。若腐蝕損傷發生在盲區內，即[0°30°]和[150°180°]，則對其不能定位。此外，目前MUSIC算法還不能評估腐蝕損傷的程度。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明旨在提供基于激勵波束成型和加權圖像融合的MUSIC腐蝕監測方法，增強腐蝕損傷的散射信號并提高其信噪比，消除傳統一維均勻線陣的監測盲區，并實現腐蝕損傷的定位和深度評估

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

基于激勵波束成型和加權圖像融合的MUSIC腐蝕監測方法，包括以下步驟：

(1)在結構處于健康狀態時，輪流驅動陣列A和陣列S激發Lamb波，并采集對應傳感器陣列的響應信號，記為基準信號；

(2)在腐蝕損傷監測過程中，輪流驅動陣列A和陣列S激發Lamb波，并采集對應傳感器陣列的響應信號，記為監測信號；將監測信號減去基準信號，記為腐蝕損傷的散射信號；

(3)基于MUSIC算法和腐蝕損傷的散射信號，得到腐蝕成像結果，搜索腐蝕成像結果的峰值點，即為腐蝕損傷的初估位置；

(4)根據此初估位置，計算激勵陣元相對腐蝕損傷位置的時延，并根據該時延前移或后移腐蝕損傷的散射信號，疊加這些腐蝕損傷的散射信號獲得增強的腐蝕損傷的散射信號；

(5)將增強的腐蝕損傷的散射信號再次代入MUSIC算法，得到對應的腐蝕成像結果和散射信號協方差矩陣的大特征值；

(6)對陣列A和陣列S分別作為激勵源陣列時對應的腐蝕成像結果設置相應的權值，根據權值融合兩次腐蝕成像結果，搜索融合成像的峰值點，即為腐蝕損傷位置；

(7)根據步驟(6)得到的權值疊加散射信號協方差矩陣的大特征值，進而計算腐蝕因子，利用腐蝕因子評估腐蝕損傷深度。