[发明专利]一种压电阵列Lamb波损伤监测中的信号一致性补偿方法

说明书

本发明公开了一种压电阵列Lamb波损伤监测中的信号一致性补偿方法，该方法具体为：在均匀结构件上布置一组PZT压电传感器，组成激励器‑传感器监测通道；采集所有监测通道的结构Lamb波响应信号；选择所有等效的监测通道，其传播距离基本相同，并提取等效通道的直达波幅值表达式；以任意压电片为归一化基准1，根据等效监测通道组合下的Lamb波直达波信号传递函数，求解得到归一化压电片补偿系数矩阵；采用计算得到的归一化补偿系数矩阵对原信号进行补偿。本发明方法能一定程度上缓解由于传感器性能偏差、安装工艺偏差等引起的信号偏差，实现对结构响应信号的一致性补偿，减小响应信号的偏差，提高监测结果的准确性。

技术领域

本发明涉及一种压电阵列Lamb波损伤监测中的信号一致性补偿方法，具体涉及Lamb波损伤监测中压电阵列机电耦合系数归一化补偿矩阵的求解，从而对Lamb波损伤监测信号一致性补偿的方法。

背景技术

随着Lamb波损伤监测技术的不断发展，Lamb波损伤监测技术的应用不断增多，人们开始研究Lamb波损伤监测技术的补偿方法。为了获得更加有效的损伤信号，得到更加精确的损伤监测结果，必须对Lamb波损伤监测技术进行补偿。

现有的Lamb波损伤监测系统一般包括传感器阵列、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。信号采集到计算机中，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，再由计算机计算得出损伤的位置和范围。由于压电陶瓷片加工过程和安装工艺存在差异，采用压电传感阵列检测损伤，各传感器最终表现出来的性能会有所差异。这些直接反映在信号能量上的不一致，而信号能量将直接反映结构损伤的程度、范围等信息。因此，传感器性能差异将会直接影响损伤的定位误差和损伤评估。此外，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，这给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，损伤散射信号的提取变得更加困难。考虑以上几点，消除传感器性能差异对Lamb波响应信号的影响是十分必要的。目前，现有的有关Lamb波损伤监测技术研究中还缺乏针对多传感器性能一致性补偿方面的成果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种压电阵列Lamb波损伤监测中的信号一致性补偿方法，利用压电阵列中等距离传播通道直达波传递函数相同的特点，提出窄带激励下的压电传感器机电耦合系数归一化补偿，实现对结构响应信号的一致性补偿。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电阵列Lamb波损伤监测中的信号一致性补偿方法，包括如下步骤：

步骤1，在待检测的均匀结构件上布置PZT传感器，组成压电激励/传感阵列；

步骤2，在压电激励/传感阵列中，选择不同的传感器分别作为激励元件和传感元件，组建激励-传感监测通道，采集结构件健康状态下所有监测通道的结构Lamb波响应信号；

步骤3，将激励元件和传感元件之间间距相同的监测通道视为等效通道，并归类到同一个等效通道组合中，令各等效通道组合下的结构Lamb波响应信号组合为U^p，各等效通道组合下的Lamb波传播传递函数为G^p，提取各等效通道组合中的结构Lamb波响应信号直达波幅值|U^p|，p为激励元件与传感元件之间间距；