[发明专利]一种基于稀疏阵列层析成像的绝热层脱粘损伤监测方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏阵列层析成像的绝热层脱粘损伤监测方法：包括以下步骤：首先将待测结构的监测区域离散化为若干小网格，在监测区域边界布置稀疏的压电传感器阵列，作为超声导波的激励端和接收端；然后依次激励传感器，其他传感器接收，并将绝热层粘接完好状态下采集到的超声导波回波信号作为基准信号E，而将待检状态下采集到的超声导波回波信号作为监测信号记为E’；计算基准信号E与监测信号E’之间的信号差异作为层析成像的投影系数C，通过自适应的代数迭代算法(ART)，重建出初始解；随后代入正则化处理(TV)，改善所求解稀疏矩阵的不适定性，修正迭代法结果，直至获得较高的成像精度。

技术领域

本发明涉及一种基于稀疏阵列层析成像的绝热层脱粘损伤监测方法，属于带绝热层的板类工程结构健康监测领域。

背景技术

国内外航天领域面临着日益增长的空间运载需求，为此世界各航天大国均在寻找降低航天运载器的发射费用、提高可靠性、安全性和任务适应性的途径，而可重复使用运载飞行器便是其中重要的发展项目。液氢/液氧推进剂作为理想的推进剂，被广泛运用在可重复使用运载飞行器上。液氢/液氧沸点很低，通常需要使用粘接剂将绝热层结构粘接在贮箱基体表面，实现绝热防护功能。然而由于贮箱在发射和飞行期间承受了复杂的外载荷以及剧烈的环境变化，若粘接剂出现失效，造成绝热层脱粘等现象，严重时甚至可能引起安全事故。因此关于绝热层脱粘损伤的检测/监测技术一直备受重视。

针对板类大面积结构，由于超声导波的传播距离远、检测范围广，成为了近年来损伤监测方法的研究热点。采用粘接式或嵌入式传感器激励接收导波信号，提取与损伤相关的散射信号特征，进而诊断成像，从而实现结构的完整性评估。然而对绝热层脱粘进行监测时，脱粘损伤通常不会产生明显的导波散射回波，传统的基于加权概率的导波成像方法对于此种损伤类型的定位、定量化能力受到严重影响。

射线层析成像技术对于无明显散射或衍射现象的损伤识别具有较高的精度，但通常需要密集型的传感器阵列，从而加重了设备负担，也影响了成像结果的重建速度，在实际工程应用上有一定局限性。

发明内容

根据现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种基于稀疏阵列层析成像的绝热层脱粘损伤监测方法，其特点是通过布置稀疏的传感器阵列，激励/接收超声导波信号，提取损伤的信号特征，使用自适应的代数迭代算法重建初始解，随后进行正则化处理，改善所求解稀疏矩阵的不适定性，修正迭代法结果，直至获得较高的成像精度。具体包括以下步骤：

步骤1：将待测结构的监测区域离散化为X×Y个小网格，在监测区域边界布置若干个压电元件组成的稀疏阵列，建立直角坐标系；

步骤2：将上述压电阵列设置M条监测路径记做i_m-j_m(m＝1,2,…,M),i_m表示第m条监测路径中作为激励端的压电元件，j_m表示激励端的压电元件对应的接收端的压电元件,计算系统转换矩阵ST(M×Z)，其中Z＝X·Y；

步骤3：采用函数发生器和功率放大器激发窄带信号，将激发的窄带信号加载到步骤2中的监测路径中的某一个激励端的压电元件i_m上，在待测结构上产生超声导波，同时选定所述压电元件i_m对应接收端的压电元件j_m接收超声导波信号，采集含绝热层粘接信息的超声导波回波信号；

步骤4：按照步骤3的方式完成剩余监测路径的信号采集，以绝热层粘接完好状态下采集到的超声导波回波信号作为基准信号E，将待检状态下采集到的超声导波回波信号作为监测信号记为E’；

步骤5：计算基准信号E与监测信号E’之间的信号差异作为层析成像的投影系数矩阵C(M×1)；

步骤6:根据代数迭代算法预设的迭代参数，按照路径数M进行一轮迭代，确定监测区域内每个网格的脱粘指数P⁽ⁿ⁾(Z×1)；