[发明专利]一种基于基准导波信号匹配的温度补偿方法

说明书

一种基于基准导波信号匹配的温度补偿方法，涉及结构健康监测。通过预先采集被测结构在健康状况下的一组等温度间隔导波信号作为基准信号集，由基准信号幅值特征点得出信号相移随温度变化的关系1，再取其中一条基准信号作为基准匹配信号，运用匹配追踪算法将基准匹配信号与其他基准信号进行幅值匹配，得出幅值影响系数随温度变化的关系2。对实际测试的信号，根据其具体温度值，由关系2得到的幅值影响系数值，结合关系1，实现导波信号的温度补偿。能实现大于10℃温度差的补偿，并能根据不同的损伤评定标准进行多次补偿来提高补偿性能，具有补偿计算量小，补偿性能好的特点。

技术领域

本发明涉及结构健康监测，尤其是涉及一种基于基准导波信号匹配的温度补偿方法。

背景技术

基于超声导波的结构健康监测技术(SHM)成为当前结构健康监测领域的研究热点，其能显著提高系统的安全性、降低维护成本、延长结构的使用寿命，可对结构健康状况实现连续、自动监测。因为超声导波具有传播距离远，检测范围大，衰减小，能探测到其他无损检测方法难以检测的部位，且产生较为简单，易实现材料的全截面检测，对大尺度结构的损伤监测来说尤为适合，且对结构表面和表层下的疲劳损伤、腐蚀、热退化等微小损伤也具有高度敏感性。但导波具有频散性和多模态性，其传播特性的改变依赖于结构、传感器和胶层的几何、物理特性及三者间的耦合性能，而这些因素极易受环境因素(如湿度、载荷)的影响，导致接收的导波信号变得十分复杂，分析和处理非常困难，弱化了超声导波损伤检测性能，影响基于超声导波的结构健康监测技术定量化诊断结果的稳定性和可靠性。如果采取基于基准信号比较的诊断策略，而不补偿环境影响，容易导致损伤误报或虚报。要使GWSHM广泛应用于实际中,就必须要发展有效的补偿方法来消除环境因素的影响。

温度是对超声导波影响最大的因素，研究表明，随温度的升高，导波信号幅值减小、相移增大。当前发展的温度补偿方法，主要有基准信号伸缩法(BSS)、最优基准选择法(OBS)、协整法、主成分分析法、物理模型法等。其中BSS和OBS及两者的结合能实现的最大补偿温度差仅5℃，补偿性能依赖于信号的复杂度与模态纯净度，且基准数据量很大。协整法和主成分分析法需要预先训练数据，数据量大，数据的选择也有限制。基于物理模型的方法则计算量大，模型参数的精确估计困难。

综上，现有的温度补偿方法存在计算量大、补偿的温度差范围小、依赖导波信号的数据特征、需要预先训练数据等。

发明内容

本发明的目的在于为了解决温度对导波信号的影响，弥补当前温度补偿方法存在的不足，提供一种基于基准导波信号匹配的温度补偿方法。

本发明包括以下步骤：

1)在被测结构健康状态下，等温度间隔ΔT获取几个导波信号S_i，i＝1,2,…，I作为基准信号集{BS₁,BS₂,…,BS_I}，其中I的大小决定后续函数关系的拟合精度；

2)对步骤1)得到的基准信号集进行分析，提取不同温度下信号直达波最大幅值特征点，然后确定其对应的到达时间值(ToA)，构建到达时间随温度变化的函数关系；

3)取BS₁进行归一化处理，使之满足基于Gabor函数的匹配追踪算法中对Gabor原子的要求，并将归一化后的原子作为Gabor原子集中唯一的原子，记为

4)将基准信号集{BS₁,BS₂,…,BS_I}中BS₁以外的其他基准信号与原子分别作内积(即幅值影响系数Coef₁)计算出相应的Coef₁值，构建Coef₁随温度变化的函数关系；