[发明专利]基于子区域的损伤概率成像定位方法

说明书

本发明公布了一种基于子区域的损伤概率成像定位方法，属于工程结构健康监测技术领域。本方法首先将监测区域划分为一个个矩形子区域，矩形子区域的四个顶点各布置一个压电传感器；然后计算各子区域中一条对角线的损伤因子，并判别损伤子区域；其次计算损伤子区域中每一个像素点的损伤概率，实现结构的损伤概率成像；再次使用概率坐标加权算法计算出结构损伤在损伤子区域中的位置坐标；最后根据损伤子区域编号和结构损伤在损伤子区域中的位置合成计算出结构损伤发生的位置坐标。本发明减少了损伤概率成像方法的激励‑传感通道和像素点的计算量，加快了损伤概率成像方法，从而有助于促进损伤概率成像方法在工程结构健康监测领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种基于子区域的损伤概率成像定位方法，属于工程结构健康监测技术领域。

背景技术

基于Lamb波的结构健康监测方法具有损伤监测灵敏度高、监测范围大、既能在线应用也可离线应用、既能进行主动损伤监测也能进行被动冲击监测、既能监测金属结构也能监测复合材料结构等等优点。因此，基于Lamb波的结构健康监测方法受到了国内外的广泛研究，是目前最具有前景的航空结构健康监测技术之一。通常，压电传感器是实现Lamb波激励和传感的主要器件。针对基于Lamb波的结构健康监测方法，早期的方法主要是通过分析Lamb波受损伤作用之后，信号在时域、频域、时频域的特征或者模式变换特征，如信号的飞行时间、幅值、能量、主要频率成分及其幅值、时频幅值、奇异性特征值等等对损伤进行辨识和表征。随着研究的不断深入，基于压电传感器阵列和Lamb波的结构监测成像方法逐步成为一个研究热点。该方法利用压电传感器阵列中多个激励-传感通道的监测信息，通过控制阵列信号的合成机制实现结构的直观成像。该方法可以有效优化监测信号的信噪比，直观显示结构的健康状态，从而提高损伤定位的精确度。目前国内外学者研究的基于压电传感器阵列和Lamb波的结构监测成像方法主要有延时-累加成像方法、时间反转聚焦成像方法、损伤路径概率成像方法、超声相控阵成像方法和多重信号分类成像方法等等。其中，损伤路径概率成像方法不依赖于信号的传播速度，适用于变厚度、各向异性等具有复杂结构形式的复合材料结构。但是，当结构较大时，压电传感器数量较多，激励-传感通道数量急剧增加，激励-传感通道的数量为(N为压电传感器的数量)。如，15个压电传感器组成的激励-传感通道数量为105，16个压电传感器组成的激励-传感通道数量增加为120。并且，当结构较大时，结构监测成像过程中的像素点数量也大量增加。以上两点最终导致计算量过大，难以满足结构健康监测系统在线、快速的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于子区域的损伤概率成像定位方法，该方法通过减少激励-传感通道和像素点的计算量，加快了损伤概率成像方法。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于子区域的损伤概率成像定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：布置压电传感器阵列

根据结构监测的任务需求，将监测区域划分为M个矩形子区域，矩形子区域的四个顶点各布置一个压电传感器，整个监测区域共计布置N个压电传感器，N个压电传感器依次编号为1、2、…、n、…、N。

步骤二：计算各子区域中一条对角线的损伤因子

①在结构处于健康状态下，采集各子区域中各激励-传感通道的Lamb波响应信号，作为结构的健康基准信号H_i-j(t)；

其中，i为激励压电传感器的编号，i∈[1,N]；j为传感压电传感器的编号，j∈[1,N]，i≠j；t为采样时间；N为压电传感器的个数；

②当结构发生损伤之后，各子区域中一条对角线中的激励压电传感器再次激发出主动Lamb波，对角线中的传感压电传感器在线采集结构的Lamb波响应信号，作为结构的在线监测信号D_i-j(t)；