[发明专利]一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置和方法

摘要

本发明公开了一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置和方法，包括复合材料板、多个PZT传感器、任意波发生器、高电压放大器、数据采集器和计算机，利用计算机对PZT传感器受到的激励信号和发出的相应信号进行采集和计算，对复合材料板处于健康状态和损伤状态下的兰姆波响应信号分别作极差包络并相减获得兰姆波经过圆孔反射和散射后的损伤信号（圆孔相当于复合材料板的损伤处），将损伤信号叠加，可以消除随机误差的影响，并使损伤信号的幅值增大，大大增加了测量结果的准确性和可靠性，能够使测量损伤路程与实际路程的偏差保持在7%以内。

主权项

1.一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测方法，利用基于兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置进行，所述的基于兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置，包括复合材料板、多个PZT传感器、任意波发生器、高电压放大器、数据采集器和计算机，其中PZT传感器关于复合材料板上表面中心对称，计算机与任意波发生器通信连接，任意波发生器的输出端与高电压放大器的输入端连接，高电压放大器经过测试探棒与PZT传感器电连接，PZT传感器通过测试探棒与数据采集器电连接，数据采集器与计算机通信连接；所述的计算机用于控制任意波发生器发出激励信号，高电压放大器用于放大激励信号，数据采集器用于采集PZT传感器受到激励后产生的响应信号并将响应信号传输给计算机，计算机还用于分析和计算响应信号；所述的PZT传感器采用压电陶瓷片，高电压放大器采用HA‑205高电压放大器，数据采集器采用PXIe5122数字化仪，测试探棒采用GTP‑150A‑2探棒；其特征在于，包括以下步骤：A：测量第i个压电陶瓷片与第j个压电陶瓷片之间的距离：在待检测的复合材料板上表面粘贴M个压电陶瓷片，M个压电陶瓷片的粘贴位置关于复合材料板上表面中心对称，第i个压电陶瓷片与第j个压电陶瓷片之间的距离用Lij表示，其中，i≤M，j≤M，M≥4，i≠j，进入下一步；B1：当复合材料板处于健康状态下时，求对第i个压电陶瓷片进行激励时，第j个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号当复合材料板处于健康状态下时，利用计算机控制任意波发生器产生兰姆波激励信号u(t)，并利用高电压放大器将兰姆波激励信号u(t)进行放大，被放大后的兰姆波激励信号u(t)通过测试探棒分别对M个压电陶瓷片中的每个压电陶瓷片均进行m次激励，则剩余的M‑1个压电陶瓷片中的每个压电陶瓷片均接收m次激励；当复合材料板处于健康状态下时，将对第i个压电陶瓷片进行激励时，第j个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号记为其中，m≥5，n≤m，其中，H(t)为Heaviside阶梯函数，A为激励信号的调制幅度，fc为激励信号的中心频率，N为激励信号的波峰个数；进入下一步；B2：当复合材料板处于损伤状态下时，求对第i个压电陶瓷片进行激励时，第j个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号当复合材料板处于损伤状态下时，利用计算机控制任意波发生器产生兰姆波激励信号u(t)，并利用高电压放大器将兰姆波激励信号u(t)进行放大，被放大后的兰姆波激励信号u(t)通过测试探棒分别对M个压电陶瓷片中的每个压电陶瓷片均进行m次激励，则剩余的M‑1个压电陶瓷片中的每个压电陶瓷片均接收m次激励，当复合材料板处于损伤状态下时，将对第i个压电陶瓷片进行激励时，第j个压电陶瓷片接收到的第n个兰姆波响应信号记为其中，m≥5，n≤m，其中，H(t)为Heaviside阶梯函数，A为激励信号的调制幅度，fc为激励信号的中心频率，N为激励信号的波峰个数；进入下一步；C1：利用计算机对通过数字化仪采集到的兰姆波响应信号作极大值及极小值B‑spline包络，将兰姆波响应信号的极大值B‑spline包络记为将兰姆波响应信号的极小值B‑spline包络记为进入下一步；C2：利用计算机对兰姆波响应信号作极大值及极小值B‑spline包络，将兰姆波响应信号的极大值B‑spline包络记为将兰姆波响应信号的极小值B‑spline包络记为进入下一步；D：分别求出当复合材料板处于健康状态和损伤状态时，对第i个压电陶瓷片进行激励时第j个压电陶瓷片接收到的第n个激励信号的极差包络：当复合材料板处于健康状态时，对第i个压电陶瓷片进行激励时第j个压电陶瓷片接收到的第n个激励信号的极差包络记为当复合材料板处于损伤状态时，对第i个压电陶瓷片进行激励时第j个压电陶瓷片接收到的第n个激励信号的极差包络记为进入下一步；E：当复合材料板处于健康状态时，求出的第一波峰的时间位置；因为利用任意波发生器对第i个压电陶瓷片进行了m次激励，所以第j个压电陶瓷片应接收到m次激励信号，即的第一波峰时间应有m个，将这m个第一波峰时间的平均值记为则兰姆波在第i个压电陶瓷片和第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时，的第一波峰速度V^ij应为：进入下一步；F：求出兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时的损伤信号即兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时的总损伤信号Dij为：进入下一步；G：求出兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时的损伤时间；兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时的损伤时间即为兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时总损伤信号的第一波谷或者第一波峰的时间，其中第一波谷时间记为第一波峰时间记为进入下一步；H：求出兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间的路径上进行传播时的损伤测量路程：损伤测量路程即为兰姆波在第i个压电陶瓷片经过圆孔到第j个压电陶瓷片之间距离，损伤测量路程记为Ld，或