[发明专利]一种Lamb波主被动监测信息融合的损伤定位成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Lamb波主被动监测信息融合的损伤定位成像方法，特别是涉及板壳类工程结构的损伤定位，属于结构健康定位技术领域。

背景技术

随着对结构安全性、可靠性要求的不断提高，结构损伤的检测和诊断日益引起人们的高度重视，尤其是针对冲击损伤的定位及损伤范围的检测。为了防止结构损伤所带来的灾难或损失，必须对结构进行全时段的监测和有效快速的损伤检测及修复。

现有的Lamb波结构健康监测技术是利用板结构中传播的Lamb波对微小损伤敏感的特性，采用压电阵列术、先进信号分析与处理等技术实现对结构损伤的在线监测与诊断，其技术实现分为主动Lamb波监测方法和被动Lamb波监测方法。Lamb主被动方法在损伤发展的各阶段都有其技术优势：被动方法能够对结构进行持续地、实时在线的监测，能够在第一时间监测冲击发生位置，并能够对冲击点的坐标精确定位，但其对于固有损伤很难起到监测作用，无法有效地监测损伤发展过程；主动方法能够多次对结构进行扫描，对于固有损伤能够确定其损伤范围，通过多次扫查还能监测其损伤发展趋势，由于其是通过损伤散射信号进行监测，散射信号是在损伤区域边界进行散射，所以主动方法对其区域监测较为灵敏，而对于其损伤发生的原始位置并不敏感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种Lamb波主被动监测信息融合的损伤定位成像方法，通过分时利用主被动方法对被测结构损伤进行监测，进而对Lamb波主被动监测信息进行融合，得到一种新的定位成像矩阵，重构出被测结构中冲击损伤的位置并获得损伤成像的信息。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种Lamb波主被动监测信息融合的损伤定位成像方法，包括如下步骤：

步骤1，在待测结构上，根据监测区域的大小，布置K个压电传感器组成激励/传感矩形阵列；

步骤2，在激励/传感矩形阵列中选择所有的压电传感器作为传感器，设置触发通道，采集结构冲击响应状态下所有传感通道的Lamb波响应信号，作为被动监测方式的Lamb波损伤信号；

步骤3，在激励/传感矩形阵列中选择其中一个压电传感器作为激励器，剩余压电传感器作为传感器，组建激励/传感监测通道，采集结构当前损伤状态下所有监测通道的Lamb波响应信号，即当前状态下的主动扫查响应信号，通过对比结构健康状态下的主动扫查响应信号，得到主动监测方式的Lamb波损伤信号；

步骤4，分析被动和主动监测方式的Lamb波损伤信号，对监测区域求取被动和主动监测方式下的成像结果，得到被动和主动监测成像对比度矩阵A_MN和B_MN，其中，M、N分别表示将监测区域坐标化并等分为M×N个像素点后，横、纵坐标的最大值；

步骤5，利用min-max标准化方法分别对被动和主动监测成像对比度矩阵中的元素值进行归一化处理，得到处理后的被动和主动定位成像矩阵和

步骤6，根据被动和主动监测方式中使用压电传感器的数量对被动和主动监测方式分配权值并归一化处理，得到被动和主动监测方式下的权值分别为δ_p、δ_a，根据如下公式对被动定位成像矩阵和主动定位成像矩阵进行融合：对进行定位并成像，从而得到主被动信息融合成像结果。

作为本发明的一种优选方案，步骤4所述被动监测成像对比度矩阵A_MN中元素的计算公式为：

其中，α_mn为A_MN中元素，K为传感器数量，γ_ab为a号传感器和b号传感器的距离权值，t_a、t_b分别为a号传感器、b号传感器接收到的冲击响应波达时间，分别为像素点(m,n)到a号、b号压电传感器的距离，v为波速值。

作为本发明的一种优选方案，步骤4所述主动监测成像对比度矩阵B_MN中元素的计算公式为：

其中，β_mn为B_MN中元素，K为传感器数量，z号传感器作为激励器，Δt_a、Δt_b分别为a号、b号传感器接收到的Lamb波散射信号的到达时间，分别为像素点(m,n)到a号、b号、z号传感器的距离值。

作为本发明的一种优选方案，步骤5所述被动定位成像矩阵中元素的计算公式为：