[发明专利]一种结构健康监测损伤特征值计算方法

说明书

本发明实施例公开了一种结构健康监测损伤特征值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：结构健康监测系统中的处理器获取基准数据库中的基准数据和传感器的实时扫描数据；将所述实时扫描数据减去所述基准数据，得到差分数据；对所述差分数据进行降噪处理；将观察窗口与降噪处理后的所述差分数据相乘，得到目标信号区域；将所述目标区域与单位峰值的激励信号进行互相关计算，并将计算结果中的最大值作为损伤特征值。该方法能够在保证监测精度的前提下有效减少计算量将会大大提高结构健康监测系统的监测效率。

技术领域

本发明实施例涉及结构健康监测技术领域，具体涉及一种结构健康监测损伤特征值计算方法。

背景技术

结构健康监测是指使用嵌入式安装的传感器，对结构工程的状态进行在线监测的过程。工程结构持续服役过程中，其材料属性会发生改变并进一步发展成包括裂缝、腐蚀、断裂、磨损、变形等多种类型的几何特征上的改变(即我们所说的损伤)。这些几何特征上的改变会严重影响工程结构的性能并可能引起一系列的严重工程事故。为了预防工程事故、掌握工程结构的服役状态，对工程结构进行定期监测是保障工程结构安全服役的一项重要工作。结构健康监测可以实时在线监测，取代常规的定期人工监测，从而有效的提高生产效率和结构安全性。在各种结构健康监测方法中，超声无损监测技术是一项较常见的监测手段。监测过程中，多组超声传感器(包括超声发射传感器和超声接收传感器)贴合于被测件表面或者嵌入到被测件内部。超声发射传感器用于发射超声波、超声波在被测物体内部及表面传播使得超声接收传感器可以接收到相应的超声波。超声接收传感器将接收到的超声信号转换成为电信号，由相应的数据采集电路转换为数字信号，并在上位机上得到进一步的处理。

超声无损监测方法主要有反射式和透射式。反射式超声无损监测方法主要利用超声波在具有明显声阻抗差异界面处会产生回波这一现象，使用单个超声波传感器或者安装在同一个位置的一对超声波传感器，通过分析激励波形与回拨之间以及不同回波之间的时间差以及幅值差等信息来判断被测结构的健康状况。反射法常用于结构的厚度监测以及形状较规则结构的健康监测，如专利US009413571B2；也可用于多层结构的粘结层失效监测，如专利US008397580B2等。对于不规则形状的结构件，反射式超声无损监测技术的使用效果较难达到要求。透射式超声无损监测技术利用超声波在缺陷处会发生部分反射、衍射、散射等现象，使用多个安装在不同位置的超声波传感器，通过分析由缺陷引起的超声信号的能量、波形形状等特征的改变来分析结构的健康状况。透射式超声无损监测技术不仅可以用于形状规则的结构件，如专利US20150053009A1，也可以用于形状复杂的结构，如专利US008996319B2等。

常见的透射式超声无损监测信号处理方法基于基线减法方法，如专利US007379845B2以及US20080253229A1等。在正常情况下采集一系列的数据当做基准数据，随后监测过程中采集到的数据与基准数据进行减法运算，得到差分信号，通过分析差分信号的幅值大小以及波形形状等判断被监测对象或区域的损伤情况。然而，目前基于基线减法方法的透射式超声无损监测结构健康监测系统中依然存在许多工程应用上急需解决的问题。由于工程环境复杂多变、温度、湿度、压力等环境因素都会对超声波的信号造成变化。按照现有专利(如US20080253229A1、US20080255774A1等)中的一些计算方法，在所有基准数据都得计算一遍的情况下，会导致整个系统的计算量过大。其次，由于传感器采用固定式安装，为了满足监测精度以及准确率的要求，目前的结构健康监测系统往往需要布置较多的传感器，从而使传感器之间的扫描路径数量过多，这也会导致原始数据量过多。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种结构健康监测损伤特征值计算方法，以解决现有技术中由于原始数据过多而导致的计算效率降低的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种结构健康监测损伤特征值计算方法，该方法能够在保证监测精度的前提下有效减少计算量将会大大提高结构健康监测系统的监测效率。具体的技术方案如下：

本发明实施例提供一种结构健康监测损伤特征值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：