[发明专利]复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统

摘要

本发明提供一种复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统。该方法包括：从布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络中选择用于进行撞击监测的压电传感器；利用所选择压电传感器采集撞击响应信号，进行撞击监测，得到撞击事件参数；根据撞击事件参数确定损伤监测区域；从整个压电传感器网络中选择用于对损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器，并确定相应的扫查策略；按照扫查策略，利用进行损伤监测的压电传感器向损伤监测区域激发Lamb波监测信号，并采集对应的Lamb波传感信号，进行损伤监测，得到损伤监测区域的损伤监测结果，并根据该监测结果更新整个被测复合材料结构的健康状态，提高了损伤监测效率，并保证了损伤监测的准确性。 1

主权项

1.一种复合材料结构的损伤监测方法，其特征在于，包括：

从布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络中选择用于对所述被测复合材料结构进行撞击监测的压电传感器；

当所述被测复合材料结构发生撞击事件时，利用信号采集器通过所选择的用于撞击监测的压电传感器同步采集撞击响应信号；根据所述撞击响应信号进行撞击监测，得到撞击事件参数；

根据所述撞击事件参数确定损伤监测区域；从所述整个压电传感器网络中选择用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器，并确定相应的扫查策略；

按照所述扫查策略，利用信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器向所述损伤监测区域激发Lamb波监测信号，并利用所述信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器采集对应的Lamb波传感信号；根据所述Lamb波传感信号进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果，并根据该监测结果更新所述被测复合材料结构的健康状态；

根据所述撞击事件参数确定损伤监测区域，包括：

根据所述撞击事件参数中的撞击能量等级、撞击位置的监测精度和/或所述被测复合材料结构的特性，确定作用距离，以所述撞击事件参数中的撞击位置为中心点，根据所述作用距离和所述中心点，构建设定形状的区域作为损伤监测原始区域；

将所述损伤监测原始区域所覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域，确定为损伤监测区域，其中，所述损伤监测子区域通过对所述被测复合材料结构预先划分得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个损伤监测子区域对应整个压电传感器网络中设定数量的相邻压电传感器所围成的区域；

从所述整个压电传感器网络中选择用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器，包括：

将所述损伤监测区域所覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域各自对应的设定数量的相邻压电传感器的集合，作为用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定形状包括：圆形或方形。

4.根据权利要求1‑3任一所述的方法，其特征在于，根据所述撞击响应信号进行撞击监测，得到撞击事件参数，包括：

根据所述撞击响应信号，基于系统模型的撞击监测方法、能量重心撞击定位方法、时间反转撞击成像方法或声发射方法进行撞击监测，得到撞击事件参数。

5.根据权利要求1‑3任一所述的方法，其特征在于，根据所述Lamb波传感信号进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果，包括：

根据所述Lamb波传感信号，基于概率损伤成像方法、延迟叠加损伤成像方法、时间反转损伤成像方法或传统的几何定位方法进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果。

6.一种复合材料结构的损伤监测装置，其特征在于，包括：

撞击监测配置模块，用于从布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络中选择用于对所述被测复合材料结构进行撞击监测的压电传感器；

撞击监测模块，用于当所述被测复合材料结构发生撞击事件时，利用信号采集器通过所选择的用于撞击监测的压电传感器同步采集撞击响应信号；根据所述撞击响应信号进行撞击监测，得到撞击事件参数；

损伤监测配置模块，用于根据所述撞击事件参数确定损伤监测区域；从所述整个压电传感器网络中选择用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器，并确定相应的扫查策略；

损伤监测模块，用于按照所述扫查策略，利用信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器向所述损伤监测区域激发Lamb波监测信号，并利用所述信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器采集对应的Lamb波传感信号；根据所述Lamb波传感信号进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果，并根据该监测结果更新所述被测复合材料结构的健康状态；

损伤监测配置模块包括：

损伤监测原始区域确定单元，用于根据所述撞击事件参数中的撞击能量等级、撞击位置的监测精度和/或所述被测复合材料结构的特性，确定作用距离，以所述撞击事件参数中的撞击位置为中心点，根据所述作用距离和所述中心点，构建设定形状的区域作为损伤监测原始区域；

损伤监测区域确定单元，用于将所述损伤监测原始区域所覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域，确定为损伤监测区域，其中，所述损伤监测子区域通过对所述被测复合材料结构预先划分得到。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个损伤监测子区域对应整个压电传感器网络中设定数量的相邻压电传感器所围成的区域；

损伤监测配置模块还包括：

损伤监测传感器配置单元，用于将所述损伤监测区域所覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域各自对应的设定数量的相邻压电传感器的集合，作为用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述设定形状包括：圆形或方形。

9.根据权利要求6‑8任一所述的装置，其特征在于，撞击监测模块具体用于：根据所述撞击响应信号，基于系统模型的撞击监测方法、能量重心撞击定位方法、时间反转撞击成像方法或声发射方法进行撞击监测，得到撞击事件参数。

10.根据权利要求6‑8任一所述的装置，其特征在于，损伤监测模块具体用于：

根据所述Lamb波传感信号，基于概率损伤成像方法、延迟叠加损伤成像方法、时间反转损伤成像方法或传统的几何定位方法进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果。

11.一种复合材料结构的损伤监测系统，包括：布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络、信号采集器、以及信号发生与采集器，其特征在于，还包括：如权利要求6‑10任一所述的复合材料结构的损伤监测装置。