[发明专利]一种超声导波绝对波数曲线快速测量方法

说明书

本发明提供了一种超声导波绝对波数曲线快速测量方法，其包括下列步骤：(1)在板结构中布置超声导波激励器和传感器；(2)测量所选超声导波模式的相对波数曲线；(3)测量所选超声导波模式在信号中心频率处的绝对波数值；(4)求取所选超声导波模式的绝对波数曲线。本发明无需使用诸如激光测振仪等专用设备扫描测量超声导波波场数据，而直接利用结构健康监测中采集的一般超声导波信号，便可准确测得所需频率范围内的超声导波绝对波数曲线，设备要求低，测量效率高，易于现场实施。

技术领域

本发明属于超声导波结构健康监测领域，尤其涉及一种超声导波绝对波数曲线快速测量方法。

背景技术

结构健康监测技术对于预防重大事故的发生、提高系统的安全性，减少经济损失、降低系统维护费用、保障我国重大工程项目的成功建设具有重要的应用价值和广阔的应用前景。超声导波作为存在于薄板类结构中的一种超声波，如薄板中的Lamb波和管道中纵向和横向传播的超声导波，其传播距离远并对结构内部和表面损伤均敏感，所以广泛应用于结构健康监测中。

在超声导波结构健康监测领域，波数曲线是表征超声导波传播特性的重要参数之一。通过测量波数曲线可以反映超声导波在结构中的相频响应特性，一般根据结构材料参数和频散方程理论数值计算出。然而，实际结构参数很可能未知，或者结构较为复杂，难以求取理论波数曲线。超声导波的波数曲线测量成为必须解决的实际问题之一。目前一般通过波场测量或窄带频谱测量这两种方法获取超声导波的波数曲线，波场测量方法需要利用激光振测仪等专用设备扫描超声导波在结构中传播的波场，测量过程比较复杂，且测量条件和设备要求均很高，不便于实际现场应用。窄带频谱测量方法直接基于结构健康监测中采集的一般超声导波信号，测量效率高并易于现场实施，但由于测量算法中的解缠绕相位展开处理，会引入偏差，仅能得到相对波数曲线。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提供一种超声导波绝对波数曲线快速测量方法。该方法在超声导波相对波数曲线窄带频谱快速测量的基础上，通过求取超声导波在中心频率处的绝对波数值以消除相对波数曲线中的偏差值，实现超声导波绝对波数曲线的快速准确测量。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种超声导波绝对波数曲线快速测量方法，包括下列步骤：

(1)在板结构中布置超声导波激励器和传感器

在结构中布置用于测量的超声导波激励器和传感器，组成两个激励器-传感器对；

(2)测量所选超声导波模式的相对波数曲线

利用布置在结构中的其中任意一个超声导波激励器-传感器对，在激励器上加载中心频率为ω_c的窄带激励信号，基于传感器获取的传感信号测量得到所选超声导波模式的相对波数曲线K_rel(ω)，其中，ω为角频率，所选模式可以为对称模式，即S模式，也可以是反对称模式，即A模式。

(3)测量所选超声导波模式在信号中心频率处的绝对波数值

利用布置在结构中的两个超声导波激励器-传感器对，在激励器上加载中心频率为ω_c的窄带激励信号，基于传感器获取的传感信号测量得到所选超声导波模式在信号中心频率处的绝对波数值K_abs(ω_c)，其中，ω_c为传感信号的中心角频率；

(4)求取所选超声导波模式的绝对波数曲线

根据测量得到的相对波数曲线K_rel(ω)和中心频率处的绝对波数值K_abs(ω_c)，求取所选超声导波模式的绝对波数曲线K_abs(ω)。

优选地，步骤(2)中，对所述计算超声导波所选模式信号的相对波数曲线，包括以下步骤：