[发明专利]一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法

权利要求书

1.一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，设计金属曲板的物理参数及几何参数，在所述金属曲板上开设有模拟损伤孔，并根据所述金属曲板的物理参数及几何参数计算出所述金属曲板的频散曲线；

步骤S2，在金属曲板的侧壁上设计至少两组超声导波传感器阵列，每一组所述超声导波传感器阵列包括至少三个围绕所述模拟损伤孔布置的超声导波传感器，两两所述超声导波传感器阵列中的超声导波传感器数目不同；

步骤S3，对每一组所述超声导波传感器阵列的超声导波传感器进行扫频，获得并记录超声导波传感器的中心频率及带宽；

步骤S4，超声导波信号依次经过信号发生器、放大器传导至金属曲板，并通过示波器保存不同超声导波传感器阵列的导波信号；

步骤S5，对获得的导波信号进行中心化、归一化预处理；

步骤S6，对预处理后的导波信号进行带通滤波处理，并进一步采用小波降噪及SVD奇异值分解降噪数据处理方法提高导波信号的信噪比；

步骤S7，编制所述金属曲板的损伤定位方法，基于不同超声导波传感器阵列进行损伤定位，分析比较不同超声导波传感器阵列下的损伤定位精度，并最终确定损伤定位精度最优的超声导波传感器阵列。

2.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，所述模拟损伤孔的损伤延伸方向与所述金属曲板的轴线成一夹角，进而同时增加轴向与周向损伤对导波信号的影响，所述夹角的角度大小为20°～90°；所述模拟损伤孔贯穿金属曲板的内外侧壁以增大对导波信号的影响，并以无模拟损伤孔的金属曲板作为损伤定位基准。

3.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，所述模拟损伤孔位于所述金属曲板的几何中心处。

4.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，步骤S1为准确计算金属曲板的频散曲线，采用金属曲板中的Lamb波频散曲线控制方程，其表达式为：

u；

v；

其中，u和v为互相垂直的位移分量，η是观测点到曲板中心线的最短距离，ε是一个小的无量纲参数，σ是曲板中心线的弧长，k_l是对称方程Rayleigh-Lamb方程的解，ξ＝εσ，α＝α(ξ)，和

5.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，步骤S2中每组所述超声导波传感器阵列中的超声导波传感器均匀分布在以模拟损伤孔为圆心的圆周上。

6.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，步骤S3中通过扫频获得超声导波传感器的中心频率及带宽，用于信号激发频率选择、导波波速选取及带通滤波参数设置。

7.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，步骤S6中SVD奇异值分解降噪方法包括：

步骤T1，将导波信号进行变换，构造成m*n的矩阵B；

步骤T2，将矩阵B分解成B＝UΣV^T的形式；

其中，U(m*r)为左奇异矩阵，V(n*r)为右奇异矩阵，r为矩阵B的秩数，Σ为对角矩阵，对角线上是矩阵B的奇异值从大到小排列；仅保留矩阵前k(kr)个较大奇异值成分，使得重构降噪后的矩阵为：以实现SVD奇异值分解降噪。

8.如权利要求1所述的用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，其特征在于，步骤7中根据频散曲线获得椭圆损伤定位方法的波速选择；损伤定位采用的导波信号为经过预处理及降噪数据处理的高信噪比导波信号；椭圆损伤定位方法需根据传感器阵型调整单元分割；损伤定位误差公式如下：