[发明专利]利用信号分解的Lamb波工程结构损伤监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种板类工程结构主动Lamb波损伤监测的方法，尤其涉及一种主动健康监测中Lamb波结构损伤散射信号提取，从而正确实现工程结构损伤监测的方法。

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，必须对板类结构进行有效的监测。

结构损伤的在线监测要求相关信号发生和采集设备要相对简单，监测必须具有很高的准确性和实时性。板类结构的损伤监测一般采用主动Lamb波的方法，即在结构表面或内部集成一定数量的激励器和传感器（如压电元件），除此之外，整个监测系统还包括信号发生装置、功率放大器、信号放大器和数据采集设备等，在监测时首先向结构中激励一定的波形，通过传感器接收结构的响应以及损伤产生的散射波，采集到计算机中，通过对比结构损伤前后响应信号的差异，获取结构损伤散射信号，再由计算机程序根据损伤散射波的到达时刻、相位等信息确定损伤的位置和范围。根据Lamb波传播理论，Lamb波在板类结构内的传播过程中存在频散及模式变换，不同频率的Lamb波信号的传播速度也不同。结构损伤引起的Lamb波散射信号能量一般都非常小，与激励器在结构中激励的Lamb波传播信号能量往往相差一个数量级以上。而由于Lamb波在板结构中的传播无方向性，因此目前大都采用结构损伤前后响应信号直接相减的方法来获取Lamb波损伤散射信号，此时，压电元件、信号功率放大器以及数据采集设备受环境以及自身参数变化的影响将直接干扰损伤散射信号的正确提取，很容易就产生偏差。这一问题对正确地分析声波传播过程以及提取损伤散射信号的特征参数带来了困难，尤其是在复合材料板类结构损伤监测中，由于Lamb波信号传播复杂，结构对信号吸收较快，使得这一问题变得更加复杂。例如：目前飞行器结构采用了大量的复合材料，且结构都很复杂，要研究飞行器结构的在线损伤监测，必须首先正确提取损伤散射信号。因此，必须分析Lamb波的信号传播规律，正确提取Lamb波损伤散射信号，以保证提取出与损伤相关的特征参数，确保监测结果的真实性、有效性和稳定性。

基于以上考虑，本发明人针对现有的结构损伤散射信号提取方法进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷和不足，提供一种利用信号分解的Lamb波工程结构损伤监测方法，其应用传感/激励阵列技术，在现有结构损伤监测设备条件基础上，采用相关处理实现损伤监测系统中Lamb波损伤散射信号的提取，提高监测系统的准确性和稳定性。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种利用信号分解的Lamb波工程结构损伤监测方法，包括如下步骤：

（1）在待监测的工程结构上布置一组压电元件组成传感/激励阵列，其中，作为激励元件的压电元件设为P_j，作为传感元件的压电元件设为P_i，其中i，j＝1，2，3，…；

（2）采集工程结构在结构健康状态下所有激励/传感通道下的Lamb波健康基准信号fh_ji，其中i，j＝1，2，3，…；

（3）当结构发生损伤时，采集所有激励/传感通道下结构损伤后的Lamb波响应信号f’_ji，其中i，j＝1，2，3，…；

（4）提取所有激励/传感通道下结构损伤后的Lamb波损伤散射信号，具体内容为：

（41）将步骤（2）中得到的Lamb波健康基准信号fh_ji与步骤（3）中得到的结构损伤后Lamb波响应信号f’_ji作互相关运算，得到运算结果的峰值时刻t_ji和峰值大小U_ji，并将峰值大小U_ji除以fh_ji的自相关峰值，得到Lamb波健康基准信号的幅值大小u_ji；