[發明專利]基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測方法及系統

有效

• 申請號: 202110025861.5
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112881529B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 鐘永騰;朱高亮;向家偉;高尚;王志凌;張成
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/44;G01S5/18
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

1.一種基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測方法，其特征在于，用于未知材料參數的復合材料板上，所述復合材料板上預設有線陣壓電傳感器以及圍繞所述線陣壓電傳感器四周分布的多個掃描點，所述方法包括以下步驟：

S1、接收激光頭每次全局掃描所述復合材料板上所有掃描點時所形成的信號；其中，所述激光頭全局掃描次數與所述線陣壓電傳感器中陣元總數相對應，且所述激光頭每次全局掃描均是基于所述線陣壓電傳感器中相應一個陣元經Lamb波信號激勵的情況下觸發；

S2、對每次接收到的激光頭全局掃描時所形成的信號進行處理，以獲取各陣元分別至各掃描點的直達波時間延遲，并結合同一掃描點至各陣元的直達波時間延遲，在預設的導向矢量公式中進行計算，得到各掃描點的導向矢量陣；

S3、將各掃描點的導向矢量陣中導向矢量均以實部單位表征，使得各掃描點的導向矢量陣均為相應的一列向量，并計算各列向量之間的歐氏距離，且獲取歐氏距離計算值最小的兩個掃描點之間的區域，進一步將所獲取的區域輸出為損傷監測區域。

2.如權利要求1所述的基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測方法，其特征在于，所述方法進一步包括：

采集待定位損傷點的陣列信號，以獲取待定位損傷點至各陣元的直達波時間延遲，并在所述預設的導向矢量公式中進行計算，得到待定位損傷點的導向矢量陣，進一步將待定位損傷點的導向矢量陣與各掃描點的導向矢量陣進行對比，在所述損傷監測區域中，確定待定位損傷點距離最近的掃描點的位置為待定位損傷點的位置。

3.如權利要求1所述的基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測方法，其特征在于，對各陣元進行Lamb波信號激勵均是通過函數產生器調取50KHz Lamb波信號函數之后，再利用放大器放大作用在相應一陣元上來實現的。

4.如權利要求1或2所述的基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測方法，其特征在于，所述預設的導向矢量公式為其中，a(θ_i)為第i個掃描點的導向矢量；θ_i(i＝1，2，...，N)為第i個掃描點的方位角，該方位角表示的是與y軸的夾角，且N為掃描點總數，λ為波長；且x_k(k＝1，2，...，M)為第k個陣元的位置，c為Lamb波波速，M為陣元總數；τ_ki為第i個掃描點至第k個陣元的直達波時間延遲。

5.一種基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測系統，其特征在于，用于未知材料參數的復合材料板上，所述復合材料板上預設有線陣壓電傳感器以及圍繞所述線陣壓電傳感器四周分布的多個掃描點，包括：

信號接收單元，用于接收激光頭每次全局掃描所述復合材料板上所有掃描點時所形成的信號；其中，所述激光頭全局掃描次數與所述線陣壓電傳感器中陣元總數相對應，且所述激光頭每次全局掃描均是基于所述線陣壓電傳感器中相應一個陣元經Lamb波信號激勵的情況下觸發；

導向矢量陣獲取單元，用于對每次接收到的激光頭全局掃描時所形成的信號進行處理，以獲取各陣元分別至各掃描點的直達波時間延遲，并結合同一掃描點至各陣元的直達波時間延遲，在預設的導向矢量公式中進行計算，得到各掃描點的導向矢量陣；

損傷監測區域獲取單元，用于將各掃描點的導向矢量陣中導向矢量均以實部單位表征，使得各掃描點的導向矢量陣均為相應的一列向量，并計算各列向量之間的歐氏距離，且獲取歐氏距離計算值最小的兩個掃描點之間的區域，進一步將所獲取的區域輸出為損傷監測區域。

6.如權利要求5所述的基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測系統，其特征在于，還包括：

損傷點位置估計單元，用于采集待定位損傷點的陣列信號，以獲取待定位損傷點至各陣元的直達波時間延遲，并在所述預設的導向矢量公式中進行計算，得到待定位損傷點的導向矢量陣，進一步將待定位損傷點的導向矢量陣與各掃描點的導向矢量陣進行對比，在所述損傷監測區域中，確定待定位損傷點距離最近的掃描點的位置為待定位損傷點的位置。

7.如權利要求5或6所述的基于激光壓電技術的復合材料結構損傷監測系統，其特征在于，所述預設的導向矢量公式為其中，a(θ_i)為第i個掃描點的導向矢量；θ_i(i＝1，2，...，N)為第i個掃描點的方位角，該方位角表示的是與y軸的夾角，且N為掃描點總數，λ為波長；且x_k(k＝1，2，...，M)為第k個陣元的位置，c為Lamb波波速，M為陣元總數；τ_ki為第i個掃描點至第k個陣元的直達波時間延遲。