[发明专利]一种基于空间-波数滤波器的损伤无波速定位方法

说明书

本发明公布了一种基于空间‑波数滤波器的损伤无波速定位方法，属于工程结构健康监测技术领域。该方法首先使用十字阵获取结构中的双频率损伤散射信号；然后，使用空间‑波数滤波器获得各频率下十字阵中两条线阵损伤散射信号的波数‑时间图像，得到各频率下两条线阵损伤散射信号的波数和波达时刻；利用损伤散射信号的波数计算出损伤的角度和Lamb波的波速；最后，使用Lamb波的波速和损伤散射信号的波达时刻计算出损伤的距离，从而实现损伤定位。本发明利用空间‑波数滤波器获得的Lamb波波数在线计算出Lamb波波速，不需要事先获取Lamb波波速，从而抑制了结构材料参数各向异性对损伤定位结果的影响，扩展了空间‑波数滤波器损伤定位方法的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种基于空间-波数滤波器的损伤无波速定位方法，属于工程结构健康监测技术领域。

背景技术

结构健康监测技术对于预防重大事故的发生、提高结构的安全性，减少经济损失、降低结构的维护费用、保障重大工程项目的建设具有重要的科学研究意义和广阔的应用前景。其中，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结构健康监测技术之一。基于压电传感器阵列和Lamb波的结构监测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。其中，基于压电传感器阵列和Lamb波的空间-波数滤波器方法，可以提取Lamb波中特定模式的入射波、反射波等，减少损伤散射信号混叠，提高损伤散射信号的信噪比。现有基于十字阵和空间-波数滤波器的损伤定位方法，实现了不依赖于Lamb波波数的0°～360°全方位在线损伤成像，从而抑制了结构材料参数对损伤角度计算的影响。但是，在损伤距离计算过程中，依然需要事先获取Lamb波波速，而复杂结构的Lamb波波速难以精确获取、复合材料的Lamb波波速具有各向异性特点，这严重限制了空间-波数滤波器损伤定位方法在结构健康监测中的应用。

发明内容

本发明提出了一种基于空间-波数滤波器的损伤无波速定位方法，利用空间-波数滤波器获得的Lamb波波数在线计算出该角度上的Lamb波波速，不需要事先获取Lamb波波速，从而抑制了结构材料参数各向异性对损伤定位结果的影响、扩展了空间-波数滤波器损伤定位方法的应用范围。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于空间-波数滤波器的损伤无波速定位方法，包括如下步骤：

步骤一：获取双频率损伤散射信号；

步骤二：对双频率损伤散射信号进行空间-波数滤波；

步骤三：计算损伤角度；

步骤四：计算损伤距离。

所述步骤一的具体实现过程如下：

结构上布置有一个十字阵，十字阵中的两条线阵分别标记为I号线阵和II号线阵；两条线阵均由M个压电传感器组成，相邻两个压电传感器中心点之间的间距均为Δx；I号线阵中的压电传感器依次编号为I-1、I-2、…、I-m、…、I-M，II号线阵中的压电传感器依次编号为II-1、II-2、…、II-m、…、II-M；在十字阵的中心点附近布置一个主动Lamb波激励元件；

①在结构处于健康状态下，激励元件在结构中分别激发出中心频率为ω₁和ω₂的Lamb波，十字阵采集结构的Lamb波响应信号，作为结构的健康基准信号H(ω,r-m,t)，ω为Lamb波的中心频率，r为线阵的编号，m为线阵中压电传感器的编号，r-m为r号线阵中m号压电传感器，t为采样时间；