[发明专利]相控阵定量化损伤监测方法、装置和系统

说明书

本发明提供一种相控阵定量化损伤监测方法、装置和系统。该方法包括：采集布置于被测结构中的压电密集阵各压电片对的Lamb波传感信号；获取各压电片对的损伤散射信号；对损伤散射信号进行频域波束合成处理得到各扫查角度的波束合成信号频谱；基于波形修正的频散补偿算法对波束合成信号频谱进行频散补偿处理，得到各扫查角度的补偿后的波束合成信号；利用波束合成信号进行损伤成像得到成像结果；从成像结果中提取被测结构的损伤信息。本发明既消除了频散效应对波束合成过程的影响，也避免了频散补偿处理后的波束合成信号波形发生畸变，便于信号解释和后续相控阵高分辨损伤成像，并可进一步定量化给出损伤位置和严重程度两种损伤信息。

技术领域

本发明实施例涉及结构健康监测技术领域，尤其涉及一种相控阵定量化损伤监测方法、装置和系统。

背景技术

随着对结构安全性和可靠性要求的日益提高，结构健康监测逐渐受到重视。相控阵损伤监测方法利用各扫查角度上波束合成的Lamb波监测信号，可快速对结构进行大面积虚拟全向扫描成像，给出结构损伤信息，受到损伤监测研究者的广泛关注。

然而，在实际应用相控阵损伤监测时，Lamb波频散特性很容易使信号波形发生扩展和变形，严重影响了相控阵波束合成过程，降低了相控阵成像结果的准确度和分辨率，并使后续损伤信息的定量化评估变得非常困难。

目前一般通过优化Lamb波监测信号以降低频散效应，但这种方法并不能完全消除频散效应的影响，并限制了监测信号中心频率的选择。为了较好消除频散效应对相控阵监测结果的影响，研究者们结合Lamb波频散补偿处理，提出了两种改进的相控阵波束合成方法。

第一种方法是在波束合成前，对各损伤散射信号进行时间－距离域映射的频散补偿处理，然后再进行波束合成，得到波束合成信号；或者先对损伤散射信号进行波束合成，然后对波束合成信号进行时间－距离域映射处理。

第二种方法则先对各损伤散射信号进行线性映射的频散补偿处理，然后将补偿后的散射信号进行时域波束合成。

上述第一种方法存在的缺陷在于：采用时间－距离域映射频散补偿方式，很容易引起波束合成信号的波形发生畸变，为后续信号分析和解释造成困难。

上述第二种方法虽然能恢复各散射信号中波包的包络形状，但无法使波包内部的初始相位保持一致，当监测范围扩大时，这种相位不一致性将无法忽略，从而降低后续时域波束合成的准确度。而且，当前相控阵损伤监测方法一般仅给出成像结果，较少定量化给出损伤位置和严重程度等信息。

发明内容

本发明实施例提供一种相控阵定量化损伤监测方法、装置和系统，以优化相控阵损伤监测方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种相控阵定量化损伤监测方法，包括：

采集布置于被测结构中的压电密集阵各压电片对的Lamb波传感信号；

根据所采集的各压电片对的Lamb波传感信号，获取各压电片对的损伤散射信号；

针对设定的相控阵损伤扫查区域内的各扫查角度，对各压电片对的损伤散射信号进行频域波束合成处理，得到各扫查角度的波束合成信号频谱；

基于波形修正的频散补偿算法，对各扫查角度的波束合成信号频谱进行频散补偿处理，得到各扫查角度的补偿后的波束合成信号；

利用各扫查角度的补偿后的波束合成信号进行损伤成像，得到成像结果；

从所述成像结果中定量化提取所述被测结构的损伤信息。

第二方面，本发明实施例提供了一种相控阵定量化损伤监测装置，包括：信号采集模块、波束合成处理模块和损伤识别模块；

其中，所述信号采集模块用于采集布置于被测结构中的压电密集阵各压电片对的Lamb波传感信号；