[发明专利]基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法

权利要求书

1.一种基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：设置超声波发射装置和超声波接收装置，超声波发射装置的发射区域为一圆锥曲面所围的区域，超声波接收装置的接收区域也为一圆锥曲面所围的区域，发射区域和接收区域有重叠部分，发射区域和接收区域的重叠部分在结构表面的投影区域即形成监测区，监测区覆盖了监测区范围内的结构表面上的所有点；单次操作中，发射超声波信号并接收对应的反射信号，得到发射时刻和接收时刻的时间差；比较不同次操作所得到的时间差是否有变化：有变化，则监测区范围内的结构表面发生了形变；无变化，则监测区范围内的结构表面未发生形变；从而实现对监测区范围内的结构表面上的所有点的覆盖性监测。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：具体步骤为：1）间歇性地向结构表面发射超声波并接收对应的反馈信号，2）记录超声波的发射时刻和对应的反馈信号的接收时刻，得到两个时刻的时间差；3）以第一次发射、接收操作完成后获得的数据为原始数据，后续单次发射、接收操作完成后获得的数据为监测数据，4）将单次监测数据与原始数据进行比对，若两个数据相同，则监测区范围内的结构表面没有发生形变；若两个数据不同，则监测区范围内的结构表面发生了形变。

3.根据权利要求2所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：超声波发射装置和超声波接收装置间隔一定距离设置或者二者位置重合设置。

4.根据权利要求3所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：发射装置和接收装置的波束角相同，且发射方向和接收方向在同一平面内互相平行。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：一个超声波发射装置和一个超声波接收装置即形成一个测量单元，多个测量单元成阵列设置。

6.根据权利要求4所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：步骤2）中，得到发射时刻和接收时刻的时间差后，采用超声波测距原理，将时间差乘以超声波速换算成距离数据。

7.根据权利要求6所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：发射装置和接收装置间隔一定距离设置时，设T点为发射装置所在位置，R点为接收装置所在位置；O点为T点和R点之间连线的中点；以O点为坐标原点建立坐标系，过O点且平行于发射/接收方向的直线为Z轴，过T点和R点的直线为Y轴，过O点且垂直于Z轴和Y轴的直线为X轴，则根据如下方法确定监测区的范围：

若结构表面的平面方程为nx+my+p(z-L)=0，则监测区为如下函数所对应的曲线所围封闭区域：

其中，、、为结构监测平面的法线向量；为超声波波束角的半角度数；、、为坐标数据；为监测盲区在Z轴上的长度；为第一次发射、接收操作所测量到的时间差所换算出的Z轴上O点到结构表面的距离；

若结构表面的平面方程未知，则监测区范围为如下函数所对应的曲线所围封闭区域： 

其中，为第一次发射、接收操作所测量到的时间差所换算出的Z轴上O点到结构表面的距离。

8.根据权利要求6所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：若结构表面发生形变后，监测数据为D，D与原始数据的差值为，则D和具备线性关系，，

其中，为斜率，为常量；

若，则监测区范围内的形变最大点在监测区中心位置；

若，则监测区范围内的形变最大点在监测区边沿位置；

若，则监测区范围内的形变最大点在监测区的边沿和中心之间的位置；

为与被监测结构材质有关的可调参数。

9.根据权利要求6所述的基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法，其特征在于：完成步骤4）的操作后，若结构表面发生形变，对应的监测数据为D，D与原始数据的差值为，若大于设定阈值，则发出报警信息；

根据下式确定设定阈值：

其中，为设定阈值，为国家行业标准形变量在一定时间段内的控制上限数值，为与被监测结构材质有关的可调参数，为第一次发射、接收操作所测量到的时间差所换算出的Z轴上O点到结构表面的距离，为超声波波束角的半角度数。