[发明专利]一种基于双元压电传感阵列和时间窗函数的无基准Lamb波损伤监测方法

摘要

本发明公开了一种基于双元压电传感阵列和时间窗函数的无基准Lamb波损伤监测方法，包括下列步骤：在结构中布置双元压电传感阵列；将Lamb波窄带信号加载到压电单元；将采集到的结构响应信号进行归一化处理；分离得到结构损伤散射信号；得到结构内部散射信号；判断得到结构的损伤情况。本方法可以实现对主动Lamb波激励下的内部散射信号与直接传感信号、边界反射信号的分离；不需要健康状态下的结构响应信号作为基准信号，可在任何时候对结构进行监测；无需更改或增加设备和参数，利用通用硬件系统就可以实现；实现方法简单，无需处理或计算信号中的损伤散射信号到达时刻等损伤特征参数就可以实现监测。

主权项

1、一种基于双元压电传感阵列和时间窗函数的无基准Lamb波损伤监测方法，其特征在于包括下列步骤：步骤一：在结构中布置双元压电传感阵列，所述的双元压电传感阵列包括一组压电单元，每个压电单元由两个相邻布置的第、第二电压片组成；同时，将待监测结构按照面积划分为一组微小单元，按照划分的单元建立图像矩阵，使得矩阵中的每一个点代表结构的一个微小单元，且各点在图像中的位置对应一个微小单元的坐标；步骤二：将Lamb波窄带信号加载到第一个压电单元中的第一压电片，第一压电片在结构中激发激励信号，同时，第二电压片作为传感器采集结构响应信号；步骤三：重复进行步骤二，依次将Lamb波窄带信号加载到其余的压电单元上，采集得到结构响应信号fi(i＝1～N)，其中，N为压电单元的个数；步骤四：将步骤三所述的采集到的结构响应信号fi(i＝1～N)进行归一化处理，以消除各压电单元性能差异带来的误差；步骤五：将内部散射信号从所述的结构响应信号fi(i＝1～N)分离出来，得到结构损伤散射信号；所述的内部散射信号通过矩形时间窗函数得到，其中，t表示时间，t1i为每一压电单元位置的时间窗函数的开始时刻，t0为激励开始时刻，lASi为每一压电单元中作为激励器的第一压电片、作为传感器的第二压电片之间的距离，cg为Lamb波群速度，L为激励信号时域脉宽，t2i为时间窗函数的结束时刻，lAbi和lSbi分别为结构响应信号中第一个出现的边界散射信号的波源到作为激励器的第一压电片、作为传感器的第二压电片的距离；步骤六：将步骤四中所述的归一化后的结构响应信号与步骤五的时间窗函数一一相乘，得到结构内部散射信号f’i：f’i＝fwi×fi步骤七：用图像矩阵显示各内部散射信号的时间反转加载过程，即对步骤一所述的图像矩阵中各点的象素值进行赋值，对于矩阵中的任意一点S(m，n)，在时反加载后的波动幅值为：其中S为图像矩阵，S(m，n)为图像矩阵S中的任意一点，m、n为该点在图像矩阵中的位置，可以反映对应微小单元的坐标，Ai为权重系数，f’i为步骤六所述的第i个结构内部散射信号，Rai、Rsi分别为该象素点到第i个压电单元中第一压电片和第二压电片的距离，v为Lamb波传播群波速；根据该波动幅值即可判断得到结构的损伤情况。