[發(fā)明專利]基于蘭姆波的不均勻截面結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別成像方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711376047.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN108254438A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙晶晶;劉廣;李富才;李鴻光;馮康軍;曹倩倩;胡堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);上海機(jī)電工程研究所
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G01N29/06;G01N29/44;G01N29/50
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供了一種基于蘭姆波的不均勻截面結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別成像方法及系統(tǒng)，通過建立傳感網(wǎng)絡(luò)校對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)中各條傳感路徑的損傷指數(shù)，然后把所有傳感路徑所校對(duì)的損傷指數(shù)中的最大值按照設(shè)定的比例設(shè)置為閾值，以此閾值來判斷傳感路徑被損傷影響的程度。隨后建立結(jié)構(gòu)權(quán)函數(shù)，將損傷指數(shù)分散到損傷影響區(qū)域中，進(jìn)而得到損傷出現(xiàn)在坐標(biāo)點(diǎn)(x，y)的概率值。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方法無法精確定位不均勻截面結(jié)構(gòu)板中損傷的缺陷，滿足了實(shí)時(shí)性和在線性的要求，實(shí)現(xiàn)不均勻截面板殼結(jié)構(gòu)的自主式的無損檢測(cè)，在航空航天船舶及建筑等領(lǐng)域具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及基于蘭姆波的不均勻截面結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

蘭姆波(Lamb waves)是在自由板中穿上的平面應(yīng)變波，此時(shí)板的上、下表面應(yīng)力為零。隨著波的入射角和頻率的改變，在每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生不同的模態(tài)結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)《JosephL.Rose(1999)Ultrasonic waves in solid media.Cambridge University Press》(固體中的超聲波)中描述了Rayleigh-Lamb頻率方程的推導(dǎo)過程，利用此方程可以確定板內(nèi)傳播的特定頻率(或頻厚積)的導(dǎo)波的傳播速度。然而在不均勻截面板中的傳播的導(dǎo)波，頻厚積隨著截面的變化發(fā)生變化，因此在計(jì)算導(dǎo)波由激勵(lì)換能器到感應(yīng)換能器的飛行時(shí)間(ToF)，需要在考慮頻厚積的變化對(duì)導(dǎo)波傳播速度的影響。

蘭姆波在板殼結(jié)構(gòu)中傳播遇到缺陷會(huì)產(chǎn)生反射、散射、投射等現(xiàn)象?；谔m姆波的的損傷檢測(cè)將結(jié)構(gòu)無缺陷時(shí)提取的響應(yīng)信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，將當(dāng)前結(jié)構(gòu)提取的信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)。為了避免提取缺陷散射的波信號(hào)的ToF，通過對(duì)一條傳感路徑所采集的基準(zhǔn)信號(hào)與檢測(cè)信號(hào)盡心相關(guān)性分析來校對(duì)該條傳感路徑的損傷指數(shù)(DI)。結(jié)合傳感網(wǎng)絡(luò)中所有傳感路徑所校對(duì)的DI，利用加權(quán)分布成像算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)所包圍的區(qū)域的無損檢測(cè)?！禯hao X，Qian T，Mei G，et al.Active health monitoring of an aircraft wing withan embedded piezoelectric sensor/actuator network:II.Wirelessapproaches.Smart Material and Structures.200716(4).1218-1225》(利用嵌入式壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器機(jī)翼的自主式健康監(jiān)測(cè)：II.無線方法)和文獻(xiàn)《Hay T R，Royer RL，Gao H，et al.A comparison of embedded sensor Lamb wave ultrasonic tomographyapproaches for material loss detection.Smart Material and Structures.200615(4).946-951》(用于診斷材料損失的嵌入式傳感蘭姆波的超聲成像方法對(duì)比)。這種方法在均勻截面板中能夠自主地對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并獲得了良好的精度。該方法中的權(quán)分布函數(shù)在離散損傷指數(shù)DI的時(shí)候不依賴于結(jié)構(gòu)的變化，只針對(duì)均勻截面的板殼結(jié)構(gòu)合理有效。因此當(dāng)板殼結(jié)構(gòu)是不均勻截面板的時(shí)候，傳統(tǒng)方法中權(quán)分布函數(shù)并沒有考慮到截面厚度變化引起的波的傳播過程的影響，此時(shí)會(huì)引起損傷檢測(cè)精度的降低和定位誤差增大，無法滿足實(shí)時(shí)性和在線性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于蘭姆波的不均勻截面結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別成像方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于蘭姆波的不均勻截面結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別成像方法，包括：

傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建步驟：將換能器固定在待檢測(cè)板殼結(jié)構(gòu)的表面，或鑲嵌于待檢測(cè)板殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部，每對(duì)換能器以一發(fā)一收的方式設(shè)置，組成一條激勵(lì)-感應(yīng)信號(hào)的傳感路徑，由傳感路徑構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，所覆蓋的待檢測(cè)板殼結(jié)構(gòu)的區(qū)域?yàn)闄z測(cè)區(qū)域；