[發(fā)明專利]一種基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的裂紋擴展監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111024527B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常琦;楊維希;孟瑤;劉君
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N33/2045;G01N29/44;G01B21/32;G06K9/62
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發(fā)明公開了一種基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的裂紋擴展監(jiān)測方法，采用壓電傳感器和應(yīng)變傳感器對裂紋擴展進行綜合監(jiān)測，在進行多次循環(huán)加載后，觀察裂紋長度，并通過示波器進行壓電傳感器產(chǎn)生的Lamb波的數(shù)據(jù)采集，動態(tài)應(yīng)變測試儀對應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集；對動態(tài)應(yīng)變測試儀所采集到的數(shù)據(jù)求取上下包絡(luò)線，并提取上下包絡(luò)線的平均值；提取示波器所采集到的Lamb波信號S0模式的波達時間和幅值作為損傷特征參數(shù)；采用隨機森林算法對提取的應(yīng)變傳感器和壓電傳感器的數(shù)據(jù)分別進行模式識別并分別得出模式識別結(jié)果；采用基于D?S證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合方法，融合兩種監(jiān)測方法的模式識別結(jié)果，對裂紋擴展進行綜合判別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的裂紋擴展監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

疲勞損傷斷裂是金屬結(jié)構(gòu)失效的主要形式，金屬結(jié)構(gòu)在使用過程中受到交變載荷的作用，不可避免地出現(xiàn)疲勞損傷，在應(yīng)力集中部位極易產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的萌生和擴展會造成結(jié)構(gòu)的破壞，因此對裂紋進行在線監(jiān)測是十分必要的。近年來，對疲勞裂紋擴展的研究是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的熱點之一，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法從信號的來源上可以分為主動監(jiān)測和被動監(jiān)測。主動監(jiān)測通過對結(jié)構(gòu)施加激勵信號，分析傳感器所接收到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號實現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。主動Lamb波技術(shù)的設(shè)備相對簡單，可以實現(xiàn)板類結(jié)構(gòu)遠距離大面積檢測。雖然主動監(jiān)測方法在裂紋擴展監(jiān)測方面有很多的應(yīng)用，但是很難進行連續(xù)監(jiān)測。被動方法是指隨著裂紋增長而連續(xù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)的某些參數(shù)的方法，這些參數(shù)包括聲發(fā)射信號，應(yīng)變，熱能等。其中結(jié)構(gòu)的應(yīng)變受到裂紋擴展的影響，比較容易監(jiān)測，并且可以實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。由于結(jié)構(gòu)裂紋擴展的情況比較復(fù)雜，在狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷時采用單一傳感器難以準(zhǔn)確獲取故障的特征，可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的裂紋擴展監(jiān)測方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的結(jié)構(gòu)裂紋擴展的情況比較復(fù)雜，在狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷時采用單一傳感器難以準(zhǔn)確獲取故障的特征，可靠性較低的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的裂紋擴展監(jiān)測方法，具體包括如下步驟：

步驟1、采用壓電傳感器和應(yīng)變傳感器對裂紋擴展進行綜合監(jiān)測，在進行多次循環(huán)加載后，觀察裂紋長度，并通過示波器進行壓電傳感器產(chǎn)生的Lamb波的數(shù)據(jù)采集，動態(tài)應(yīng)變測試儀對應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集；

步驟2、對步驟1中動態(tài)應(yīng)變測試儀所采集到的數(shù)據(jù)求取上下包絡(luò)線，并提取上下包絡(luò)線的平均值，以此消除加載過程中產(chǎn)生的彈性變形；提取步驟1中示波器所采集到的Lamb波信號S0模式的波達時間和幅值作為損傷特征參數(shù)；

步驟3、采用隨機森林算法對步驟2中提取的應(yīng)變傳感器和壓電傳感器的數(shù)據(jù)分別進行模式識別并分別得出模式識別結(jié)果；

步驟4、采用基于D-S證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合方法，融合步驟3中兩種監(jiān)測方法的模式識別結(jié)果，對裂紋擴展進行綜合判別。

本發(fā)明的特點還在于：

步驟1中的內(nèi)容具體如下：

對表面貼有壓電傳感器和應(yīng)變傳感器兩種傳感器的試件在疲勞試驗機上進行裂紋擴展的綜合監(jiān)測，在進行多次循環(huán)加載后，停止疲勞試驗機，通過放大鏡觀察裂紋長度，并通過PICO4824示波器進行壓電傳感器產(chǎn)生的Lamb波的數(shù)據(jù)采集，TST3828E動態(tài)應(yīng)變測試儀對應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集，重復(fù)進行循環(huán)加載-觀察裂紋長度-數(shù)據(jù)采集的步驟，直至試件在疲勞試驗機上完全斷裂。

步驟2中的內(nèi)容具體如下：

對步驟1中動態(tài)應(yīng)變測試儀所采集到的數(shù)據(jù)進行上下包絡(luò)線提取，并求取上下包絡(luò)線平均值，以此消除循環(huán)加載過程中產(chǎn)生的彈性變形，對監(jiān)測的每個試件的各個應(yīng)變傳感器采集的數(shù)據(jù)分別作此處理，得到應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線；提取步驟1中示波器所采集到的Lamb波信號S0模式的波達時間和幅值作為損傷特征參數(shù)。