[发明专利]一种用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法

权利要求书

1.一种用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在平面结构表面建立坐标系，确定结构中待监测区域几何尺寸以及内外边界的坐标信息；

步骤二：在结构待监测区域设置离散控制点用于定义覆盖率；

步骤三：确定传感器的初步布置方案；

步骤四：将每两个传感器之间的传感路径损伤影响区覆盖控制点的比例作为覆盖率优化目标，构造传感器布置的组合优化问题；

步骤五：利用具有全局优化能力的人工蜂群智能算法进行迭代求解，由初始布置方案逐步优化获取传感器的最优布置方案，最大化覆盖率。

2.根据权利要求1所述用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，步骤二中所述控制点的数量和分布由用户自定义。

3.根据权利要求1或2所述用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，步骤二结构待监测区域的覆盖率指的是被三个及以上传感路径损伤影响区覆盖的离散控制点数量占总的离散控制点数量的比例。

4.根据权利要求1所述的用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，步骤三中由用户自定义传感器的初步布置方案或在允许范围内随机生成初始布置方案。

5.根据权利要求1所述的用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，步骤四中所述传感器布置的组合优化问题包括：

(1)定义传感器优化布置的目标函数：

(a)覆盖率CR为被三个及以上传感路径损伤影响区覆盖的离散控制点数量，并将其作为优化问题的目标函数进行最大化：

其中，当第k个控制点被三个及以上传感路径损伤影响区覆盖时，CR_k＝1，否则CR_k＝0；K是总的待监测区域总的离散控制点数量；

(b)第k个控制点与第i个传感器和第j个传感器形成传感路径损伤影响区之间，若满足则认为第k个控制点与第i个传感器和第j个传感器形成传感路径损伤影响区覆盖，记为CR_ijk＝1，其中(x_i,y_i)和(x_j,y_j)分别是第i个传感器和第j个传感器的中心坐标，(x_k,y_k)是第k个控制点的中心坐标，离心率β决定了损伤对传感路径上的超声导波信号的影响程度，由用户在优化前指定；

(2)定义传感器布置需要满足的约束条件：

(a)传感器的数量N_s是用户在优化前指定的，在优化过程中保持不变；

(b)第i个传感器和第j个传感器中心之间的距离D_ij，需满足D_maxD_ijD_min，其中(x_i,y_i)和(x_j,y_j)分别是第i个传感器和第j个传感器的中心坐标，D_max和D_min由用户在优化前指定；

(c)布置传感器的位置需在结构待监测区的内部或边界上。

6.根据权利要求1或5所述的用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，步骤四中每两个传感器之间的传感路径损伤影响区的形状为椭圆，其焦点为这两个传感器，两个传感器的连线为传感路径，椭圆的离心率由损伤对传感路径上的超声导波信号的影响程度决定。

7.根据权利要求1所述的用于超声导波损伤监测的压电传感器优化布置方法，其特征在于，步骤五中所采用的人工蜂群智能算法迭代求解终止的条件是目标函数覆盖率CR达到指定的覆盖率CR_aim，即CR≥CR_aim，或者迭代求解次数ITER达到指定的迭代次数ITER_max，即ITER≥ITER_max。