[发明专利]环境变化场合下的高可靠性超声导波损伤因子计算方法

说明书

本发明公开一种环境变化场合下的高可靠性超声导波损伤因子计算方法，包括：在待监测结构表面布置压电片组成压电阵列；采集某一环境下无损伤结构中各压电片对的超声导波参考信号；采集另一环境下当前结构中各压电片对的超声导波当前信号；对各压电片对的超声导波当前信号进行时域重构处理；对各压电片对的超声导波参考信号和时域重构处理后的超声导波当前信号进行频域重构处理；对各压电片对的时域重构和频域重构处理后的超声导波当前信号和频域重构处理后的超声导波参考信号进行阵列信号增强处理；提取高可靠性超声导波压电阵列损伤因子。本发明解决了因未考虑频散补偿和阵列信号增强处理而无法有效消除环境变化对损伤因子计算结果影响的问题。

技术领域

本发明涉及一种环境变化场合下的高可靠性超声导波损伤因子计算方法，属于超声导波结构健康监测领域。

背景技术

现有的结构健康监测技术中，超声导波损伤监测方法适用于多种损伤形式，且监测范围广，是最有效的损伤监测方法之一。在超声导波损伤监测中，一般通过比较当前结构状态下某一压电片对的超声导波当前信号及其参考信号来提取损伤因子，以评估当前结构的健康状态。然而，实际监测条件下，除了结构中的损伤，环境变化也会引起超声导波当前信号及其参考信号间的变化。因此，环境变化场合下，上述传统方法提取出的损伤因子可靠性低，为后续结构健康状态的准确评估带来很大难度。

现有环境变化影响的补偿方法，如信号拉伸方法，大多数仅对某一压电片对的超声导波信号进行单一的初步处理。这些单一处理机制的环境补偿方法既未考虑超声导波频散效应对温度补偿处理结果的影响，也未考虑通过压电阵列增强处理方法进一步消除环境变化影响并提高最终损伤因子的准确性，故仅能初步抑制环境变化对损伤因子计算的影响。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环境变化场合下的高可靠性超声导波损伤因子计算方法，以解决现有技术因未考虑频散补偿和阵列信号增强处理而无法有效消除环境变化对损伤因子计算结果影响的问题。本发明的方法将常规的单一温度补偿机制进行拓展，提出结合时域重构处理、频域重构处理与阵列信号增强处理的三级环境变化补偿处理机制，该处理机制首先通过时域重构处理尽可能消除环境变化对超声导波信号的影响；然后进行频域重构对超声导波信号进行频散补偿以提高信号分辨率，使超声导波信号中因环境变化影响未完全消除而存在的残余波包与损伤信息相关的有用波包分离；最后进行阵列信号增强处理，对超声导波信号中环境变化影响产生的残余波包进行抑制，并聚焦增强损伤信息相关的有用波包，从而最终达到多级消除环境变化影响，实现高可靠计算损伤因子的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种环境变化场合下的高可靠性超声导波损伤因子计算方法，步骤如下：

(1)在待监测结构表面布置压电片以组成压电阵列；

(2)采集某一环境下无损伤结构中各压电片对的超声导波参考信号；

(3)采集另一环境下当前结构中各压电片对的超声导波当前信号；

(4)对各压电片对的超声导波当前信号进行时域重构处理；

(5)对各压电片对的超声导波参考信号和时域重构处理后的超声导波当前信号进行频域重构处理；

(6)对各压电片对的时域重构和频域重构处理后的超声导波当前信号和频域重构处理后的超声导波参考信号进行阵列信号增强处理；

(7)提取高可靠性超声导波压电阵列损伤因子。

进一步地，所述步骤(1)具体为：在待监测结构表面布置N个压电传感器组成压电阵列，N≥3。