[发明专利]结构损伤指数映射的系统与方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及结构健康监测，尤其是涉及结构缺陷的检测、定位和大小评估的方法和系统。

背景技术

在许多行业，结构健康监测变得越来越重要。变得尤其重要的一个行业就是航空航天工业。这是因为，除其他因素外，在航空航天工业中，系统和组件的结构完整性可能导致飞行中关机、起飞中止、延误或者取消，所有这些都可引起显著的工业和消费者成本。

一些目前已知的结构健康监测系统使用的是各种传感器阵列。这种阵列的使用，从数十到数百个传感器不等，具有一定的缺点。例如，每个传感器一个接一个的安装都需要大量人工和时间。当传感器被实现为相位阵列时，由于该阵列对传感器放置的不准确非常敏感，所以务必要确保每个传感器都在准确的位置上。而且，传感器布线相对复杂，传感器布线的长度、体积和重量很大。

除上述外，已经开发了用于提供损伤映射可视化表示的各种数值方法，用于结构缺陷检测、定位和大小确定。在这些现有的数值方法中包括各种计算机断层扫描(CT)方法。目前已知的CT方法能够提供相对精确的缺陷图像，但是也相对耗时以及计算量庞大。而且，许多CT方法依赖于对监测区域的高密度覆盖。因此，在需要实时结构健康监测时，CT方法可能没用，因为稀疏的传感器阵列通常用于此种应用。

存在用于使用稀疏传感器阵列的各种数值方法。这些方法通常基于由缺陷散射的波的探测，以及用于散射的空间映射的几何方法的使用。对于相对复杂的结构，由于诸如纵梁、加强筋、边框、孔、铆钉、螺栓等各种构件的存在，确定被缺陷反射的波是极有挑战性的，其中这些构件可能是背景反射的来源。有一种提出的数值方法没有这个缺点，其被称为RAPID算法(缺陷概率检查重建算法)。RAPID算法基于传感器/致动器对之间的直达路径内的基准信号和实际信号之间利用相关分析的信号差分评估。然而，RAPID算法也有它固有的一些缺点。例如，它对基准信号与实际信号之间的相位同步敏感。而且，如果某些参数没有设置在最佳值，基于RAPID算法产生的图像可能包含伪像(false artifact)。由于传感器/致动器对之间的直达路径网络提供的非均匀覆盖，也可能导致产生这些伪像。

因此，需要有一种没有上述缺点的系统和方法来实时检测、定位和评估结构缺陷大小。也就是说，不依赖于各传感器的精确定位和/或不依赖于相对复杂的、长的、体积庞大的和重的传感器布线，和/或对基准信号与实际信号之间的相位同步相对不敏感，和/或如果某些参数没有设置在最佳值不会产生包含伪像的图像的系统和方法。本发明解决了这些需求中的一个或多个。

发明内容

在一个实施例中，一种用于检测和评估结构缺陷的方法包括存储与结构相关联的基准数据。基准数据表示所感测到的发射到没有缺陷的该结构中的超声波。超声波从耦合到该结构的多个致动器发射到该结构中。利用多个传感器感测从多个致动器发射到该结构中的超声波，该多个传感器耦合到该结构，并与该致动器空间隔开，从而产生并提供传感器数据。根据基准数据与传感器数据计算信号差分系数。将计算的信号差分系数进行空间映射以检测结构中的一个或多个结构缺陷。

在另一个实施例中，结构缺陷检测和评估系统包括多个第一传感器/致动器、多个第二传感器/致动器和处理器。第一传感器/致动器中每一个都适于耦合到结构，并且每一个被配置成有选择性地发射超声波到结构中。第二传感器/致动器中每一个都适于耦合到该结构，并且当耦合到该结构时，与每个第一传感器/致动器空间隔开。每个第二传感器/致动器被配置成有选择性地感测超声波并产生传感器数据，所述超声波从一个或多个第一传感器/致动器发射。处理器耦合来接收传感器数据，并配置成一旦接收到传感器数据就根据基准数据与传感器数据计算信号差分系数，该基准数据表示所感测到的发射到没有缺陷存在的该结构中的超声波，以及对计算的信号差分系数进行空间映射，以检测该结构中的一个或多个结构缺陷。