[发明专利]一种结构导波响应群速度频散测试方法

说明书

一种结构导波响应群速度频散测试方法，在结构件上布置单组PZT压电元件对，分别作为信号激励器和传感器，构成导波信号激励‑传感测量通道；按照测试频段设计一组窄带激励信号，采集相应激励下的结构导波响应信号；对所有采集到的结构导波响应信号进行时间截取，并对截取后的信号按直达波信号最大峰值幅度分别进行归一化处理，再按照激励时刻基准进行同步叠加，对叠加后的信号做时频处理，根据时频处理结果中的波峰分布以及传播距离，计算得到待测结构中导波传播频散特性。本发明方法能基于现有的测试条件，简便实现板、壳、管、柱等结构中频散特性的测试和分析，对导波结构健康监测的研究和应用具有较好的支撑作用和应用价值。

技术领域

本发明属于导波监测技术领域，涉及一种采用单组压电激励/传感元件的结构导波响应群速度频散测试方法，用于实际工程结构中导波信号多模态群速度-频率频散曲线测试，从而实现待测工程结构导波频散特性分析和监测。

背景技术

随着导波监测技术的不断发展，其应用越来越广泛，但由于导波信号存在多模及频散特性，在应用过程中存在信号分析和处理难的问题。现有研究中大多针对均匀板、壳、柱体类结构，通过求解频散方程获得此类待测结构的频散曲线，然而，实际工程应用中，大多数的工程结构都是非均匀尺度的，因此很难直接得到频散曲线解析解，为了进行导波损伤监测，必须采用现场测试的方法确定速度-频率频散特性。

导波在线结构损伤监测应用中，处于体积、功耗等考虑，大多采用压电陶瓷片作为激励器传感器，加上信号发生装置、功率放大器、信号放大器和数据采集设备等，构成完整的监测系统。由于压电陶瓷片往往是直接粘贴在待测结构表面，因此在导波信号激励与传感过程中，根据动力学方程，导波信号是通过压电陶瓷施加在结构表面的剪应力传递而激发出来的，然而，当压电陶瓷片尺寸固定时，在这一激发过程中，激发出的信号幅度具有频率调制特性，即激发出的各模态信号幅度随着信号频率的变化而改变；其次，压电陶瓷片的中心工作频率一般在数百kHz左右，在此范围内，信号激励效率高，激发出的导波信号幅度大，但随着频率偏离这一中心工作频率，激发出的导波信号幅度快速衰减。因此传统的宽带脉冲式结构导波信号频散特性测试方法，难以应用于压电陶瓷片激励器/传感器组合下的结构导波信号频散测量，进而影响了监测过程中模式、中心频率、信号形式等参数的选择，这对于导波监测技术的应用增加了新的难度。目前，面向实际工程结构，还缺乏快速有效的采用单组压电激励/传感元件对实现结构导波响应信号频散测试的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有导波在线结构损伤监测应用中，需采用现场测试的方法确定速度-频率频散特性，而传统的宽带脉冲式结构导波信号频散特性测试方法难以应用于压电陶瓷片激励器/传感器组合下的结构导波信号频散测量。

本发明的技术方案为：一种结构导波响应群速度频散测试方法，采用单组压电激励/传感元件，包括以下步骤：

步骤1，在结构件上布置单组PZT压电元件对，分别作为信号激励器和传感器，构成导波信号激励-传感测量通道；

步骤2，按照测试频段，设计一组激励信号E_i，i＝1,2,,N，N为激励信号总数量，并将激励信号在激励器上依次分别加载，同时采集相应激励下的结构导波响应信号S_i，i＝1,2,,N；

步骤3，对所有采集到的结构导波响应信号进行时间截取，截取时间窗口相同，截取后的响应信号中包括所有直达波波包，并对截取后的信号按直达波信号最大峰值幅度分别进行归一化处理，得到归一化响应信号i＝1,2,,N；

步骤4，将所有截取并归一化处理后的响应信号以各自对应的激励开始时刻为基准，进行同步叠加，得到叠加响应信号对叠加后的响应信号做时-频处理，根据时频处理结果中的波峰分布以及传播距离，计算得到待测结构中导波传播频散特性。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤2中一组激励信号均为窄带信号。