[发明专利]一种基于双元压电传感阵列和时间窗函数的无基准Lamb波损伤监测方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种工程结构损伤监测方法，尤其涉及一种不需要先验测试信号作为损伤监测基准的工程结构损伤监测方法，其采用双元压电传感阵列实现。 

二、背景技术

随着对结构安全性、可靠性要求的不断提高，结构损伤的在线监测和诊断日益引起人们的高度重视，为了防止结构损伤所带来的灾难或损失，必须对结构进行有效的监测。板类或壳类结构是工程结构的主要形式之一，对此类结构的在线损伤监测研究是结构健康监测技术研究的热点。主动Lamb波技术是目前研究较多的一种板类或壳结构损伤监测技术。在主动Lamb波损伤监测中，损伤引起的散射信号包含了损伤的相关信息，对该信号进行分析和处理，就可以得出损伤的位置、范围、程度等参数，因此损伤散射信号的正确提取对损伤监测和评估尤为关键。但由于损伤散射信号一般能量较小，且与直接传播信号、边界散射及模式变换信号具有相同的时频域特征，因此采用基于压电阵列的主动Lamb波监测方法时，很难直接从传感信号中正确分离出损伤散射信号。目前，绝大多数的主动Lamb波损伤监测方法均采用了基于基准信号的信号分离方法：采用结构健康状态下的响应信号为基准信号，用当前状态下的结构响应与基准信号相减，得到损伤散射信号。但由于该方法需要健康信号作为基准，在真实条件下应用存在很大的问题：由于基准信号和当前结构响应信号的采集时间不同，存在一定的时间间隔，在真实条件下很难保证结构和外部条件不发生变化，而细微的变化都将会引起结构响应信号的变化，如环境温度、结构边界及应力状况、外部振动等，且驱动器/传感器性能也受到温度等因素的影响，由于损伤散射信号能量本身就较弱，采用基于基准信号的方法时，损伤散射信号很容易就淹没在结构和外部条件变化所引起的信号变化和噪声中，也就很难实现损伤监测；同时，当采集基准信号之前结构中已经存在损伤时，基于基准信号的方法无法提取出由该损伤产生的损伤散射信号，也就无法实现对它的监测。 

三、发明内容

1、技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种基于双元压电传感阵列和时间窗函数的无基准Lamb波损伤监测方法。本方法设计采用双元压电传感阵列采集结构响应信号，利用窗函数截取结构内部散射的Lamb波信号，并且利用时间反转理论中对波源的聚焦原理，在无需任何基准信号或基准信息的前提下，实现对损伤的监测。 

2、技术方案 

为了解决上述的技术问题，本发明的基于双元压电传感阵列的工程结构无基准主动Lamb波损伤监测方法包括下列步骤： 

步骤一：在待监测结构中布置双元压电传感阵列，所述的双元压电传感阵列包括一组压电单元，每个压电单元由两个相邻布置的第一、第二电压片组成；同时，将待监测结构按照面积划分为一组微小单元，如1mm×1mm大小的正方形单元，按照划分的单元建立图像矩阵，使得矩阵中的每一个点代表结构的一个微小单元，且各点在图像中的位置对应微小单元的坐标； 

步骤二：将Lamb波窄带信号加载到第一个压电单元中的第一压电片，第一压电片在结构中激发激励信号，同时，第二电压片作为传感器采集结构响应信号； 

步骤三：重复进行步骤二，依次将Lamb波窄带信号加载到其余的压电单元上，采集得到结构响应信号f_i(i＝1～N)，其中，N为压电单元的个数； 

步骤四：将步骤三所述的采集到的结构响应信号f_i(i＝1～N)进行归一化处理，以消除各压电单元性能差异带来的误差； 

步骤五：将结构内部散射信号从所述的结构响应信号f_i(i＝1～N)分离出来，得到结构损伤散射信号；所述的内部散射信号通过矩形时间窗函数