基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法及系统，通过建立传感网络校对传感网络中各条传感路径的损伤指数，然后把所有传感路径所校对的损伤指数中的最大值按照设定的比例设置为阈值，以此阈值来判断传感路径被损伤影响的程度。随后建立结构权函数，将损伤指数分散到损伤影响区域中，进而得到损伤出现在坐标点(x，y)的概率值。本发明专利技术克服了传统检测方法无法精确定位不均匀截面结构板中损伤的缺陷，满足了实时性和在线性的要求，实现不均匀截面板壳结构的自主式的无损检测，在航空航天船舶及建筑等领域具有非常重要的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法及系统
本专利技术涉及图像信息处理
，具体地，涉及基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法及系统。
技术介绍
兰姆波(Lambwaves)是在自由板中穿上的平面应变波，此时板的上、下表面应力为零。随着波的入射角和频率的改变，在每一点都会产生不同的模态结构。文献《JosephL.Rose(1999)Ultrasonicwavesinsolidmedia.CambridgeUniversityPress》(固体中的超声波)中描述了Rayleigh-Lamb频率方程的推导过程，利用此方程可以确定板内传播的特定频率(或频厚积)的导波的传播速度。然而在不均匀截面板中的传播的导波，频厚积随着截面的变化发生变化，因此在计算导波由激励换能器到感应换能器的飞行时间(ToF)，需要在考虑频厚积的变化对导波传播速度的影响。兰姆波在板壳结构中传播遇到缺陷会产生反射、散射、投射等现象。基于兰姆波的的损伤检测将结构无缺陷时提取的响应信号作为基准信号，将当前结构提取的信号作为检测信号。为了避免提取缺陷散射的波信号的ToF，通过对一条传感路径所采集的基准信号与检测信号尽心相关性分析来校对该条传感路径的损伤指数(DI)。结合传感网络中所有传感路径所校对的DI，利用加权分布成像算法可以实现对传感网络所包围的区域的无损检测。《ZhaoX，QianT，MeiG，etal.Activehealthmonitoringofanaircraftwingwithanembeddedpiezoelectricsensor/actuatornetwork:II.Wirelessapproaches.SmartMaterialandStructures.200716(4).1218-1225》(利用嵌入式压电传感器网络实现对飞行器机翼的自主式健康监测：II.无线方法)和文献《HayTR，RoyerRL，GaoH，etal.AcomparisonofembeddedsensorLambwaveultrasonictomographyapproachesformateriallossdetection.SmartMaterialandStructures.200615(4).946-951》(用于诊断材料损失的嵌入式传感兰姆波的超声成像方法对比)。这种方法在均匀截面板中能够自主地对结构内部的损伤进行实时在线监测，并获得了良好的精度。该方法中的权分布函数在离散损伤指数DI的时候不依赖于结构的变化，只针对均匀截面的板壳结构合理有效。因此当板壳结构是不均匀截面板的时候，传统方法中权分布函数并没有考虑到截面厚度变化引起的波的传播过程的影响，此时会引起损伤检测精度的降低和定位误差增大，无法满足实时性和在线性的要求。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法及系统。根据本专利技术提供的一种基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，包括：传感网络构建步骤：将换能器固定在待检测板壳结构的表面，或镶嵌于待检测板壳结构内部，每对换能器以一发一收的方式设置，组成一条激励-感应信号的传感路径，由传感路径构成传感网络，所覆盖的待检测板壳结构的区域为检测区域；传感路径构的损伤指数校对步骤：对第n条传感路径而言，通过无缺陷基准信号的波形Cn(t)与有缺陷的检测响应信号Rn(t)的反相关性来校对该条传感路径的损伤指数为：其中：t为采样时间点，t0为采样时间的起始点，t1为采样时间的终止点，n为传感路径的序号1≤n≤N，N为传感路径的总数；损伤影响程度判定步骤：把所有传感路径所校对的损伤指数中最大值按照设定的比例设定为阈值，当一条传感路径的损伤指数大于所述阈值的时候，推断该条传感路径被损伤影响，否则该条传感路径未受到损伤影响，损伤指数设置为0；损伤坐标点概率计算步骤：根据所在传感路径的截面变化特征设定概率分布函数，称为结构权函数Wn[Bn(x，y)]，进而得到损伤出现在坐标点(x,y)的概率值。较佳的，所述换能器采用楔形块状或薄片状的压电陶瓷材料制成。较佳的，所述传感路径为一条长度为激励换能器到感应换能器之间的距离的直线。较佳的，所述传感网络根据待检测板壳结构中所需要的检测区域来布置换能器，所构建的传感网络覆盖整个所需要的检测区域。较佳的，所述损伤坐标点概率计算步骤具体包括：对于第n条传感路径，兰姆波由激励位置经到坐标点(x,y)到达响应位置的传播时间TRn与兰姆波由激励位置直达响应位置的传播时间Tn的关系为：其中：坐标点(x,y)为检测区域内的坐标点，对于边长为a的正方形检测区域而言，-a≤x,y≤a；结构权函数Wn[Bn(x,y)]与坐标点(x,y)的关系为：其中:α决定第n条传感路径影响区域的范围，0.015≤α≤0.15，n为传感路径的序号，1≤n≤N，N为传感路径的总数；计算损伤出现在坐标点(x,y)处的概率值：；把计算得到的概率值经正则化后得到概率分布图像，表明损伤出现的概率，其中：概况值最大的坐标点为损伤的中心位置坐标，进而实现损伤的成像和定位的目的。根据本专利技术提供的一种基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像系统，包括：传感网络构建模块：将换能器固定在待检测板壳结构的表面，或镶嵌于待检测板壳结构内部，每对换能器以一发一收的方式设置，组成一条激励-感应信号的传感路径，由传感路径构成传感网络，所覆盖的待检测板壳结构的区域为检测区域；传感路径构的损伤指数校对模块：对第n条传感路径而言，通过无缺陷基准信号的波形Cn(t)与有缺陷的检测响应信号Rn(t)的反相关性来校对该条传感路径的损伤指数为：其中：t为采样时间点，t0为采样时间的起始点，t1为采样时间的终止点，n为传感路径的序号1≤n≤N，N为传感路径的总数；损伤影响程度判定模块：把所有传感路径所校对的损伤指数中最大值按照设定的比例设定为阈值，当一条传感路径的损伤指数大于所述阈值的时候，推断该条传感路径被损伤影响，否则该条传感路径未受到损伤影响，损伤指数设置为0；损伤坐标点概率计算模块：根据所在传感路径的截面变化特征设定概率分布函数，称为结构权函数Wn[Bn(x，y)]，进而得到损伤出现在坐标点(x,y)的概率值。较佳的，所述换能器采用楔形块状或薄片状的压电陶瓷材料制成。较佳的，所述传感路径为一条长度为激励换能器到感应换能器之间的距离的直线。较佳的，所述传感网络根据待检测板壳结构中所需要的检测区域来布置换能器，所构建的传感网络覆盖整个所需要的检测区域。较佳的，所述损伤坐标点概率计算模块具体包括：对于第n条传感路径，兰姆波由激励位置经到坐标点(x,y)到达响应位置的传播时间TRn与兰姆波由激励位置直达响应位置的传播时间Tn的关系为：其中：坐标点(x,y)为检测区域内的坐标点，对于边长为a的正方形检测区域而言，-a≤x,y≤a；结构权函数Wn[Bn(x,y)]与坐标点(x,y)的关系为：其中:α决定第n条传感路径影响区域的范围，0.015≤α≤0.15，n为传感路径的序号，1≤n≤N，N为传感路径的总数；计算损伤出现在坐标点(x,y)处的概率值：把计算得到的概率值经正则化后得到概率分布图像，表明损伤出现的概率，其中：概况值最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，其特征在于，包括：传感网络构建步骤：将换能器固定在待检测板壳结构的表面，或镶嵌于待检测板壳结构内部，每对换能器以一发一收的方式设置，组成一条激励‑感应信号的传感路径，由传感路径构成传感网络，所覆盖的待检测板壳结构的区域为检测区域；传感路径构的损伤指数校对步骤：对第n条传感路径而言，通过无缺陷基准信号的波形Cn(t)与有缺陷的检测响应信号Rn(t)的反相关性来校对该条传感路径的损伤指数为：

【技术特征摘要】
1.一种基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，其特征在于，包括：传感网络构建步骤：将换能器固定在待检测板壳结构的表面，或镶嵌于待检测板壳结构内部，每对换能器以一发一收的方式设置，组成一条激励-感应信号的传感路径，由传感路径构成传感网络，所覆盖的待检测板壳结构的区域为检测区域；传感路径构的损伤指数校对步骤：对第n条传感路径而言，通过无缺陷基准信号的波形Cn(t)与有缺陷的检测响应信号Rn(t)的反相关性来校对该条传感路径的损伤指数为：其中：t为采样时间点，t0为采样时间的起始点，t1为采样时间的终止点，n为传感路径的序号1≤n≤N，N为传感路径的总数；损伤影响程度判定步骤：把所有传感路径所校对的损伤指数中最大值按照设定的比例设定为阈值，当一条传感路径的损伤指数大于所述阈值的时候，推断该条传感路径被损伤影响，否则该条传感路径未受到损伤影响，损伤指数设置为0；损伤坐标点概率计算步骤：根据所在传感路径的截面变化特征设定概率分布函数，称为结构权函数Wn[Bn(x，y)]，进而得到损伤出现在坐标点(x,y)的概率值。2.根据权利要求1所述的基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，其特征在于，所述换能器采用楔形块状或薄片状的压电陶瓷材料制成。3.根据权利要求1所述的基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，其特征在于，所述传感路径为一条长度为激励换能器到感应换能器之间的距离的直线。4.根据权利要求1所述的基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，其特征在于，所述传感网络根据待检测板壳结构中所需要的检测区域来布置换能器，所构建的传感网络覆盖整个所需要的检测区域。5.根据权利要求1所述的基于兰姆波的不均匀截面结构损伤识别成像方法，其特征在于，所述损伤坐标点概率计算步骤具体包括：对于第n条传感路径，兰姆波由激励位置经到坐标点(x,y)到达响应位置的传播时间TRn与兰姆波由激励位置直达响应位置的传播时间Tn的关系为：其中：坐标点(x,y)为检测区域内的坐标点，对于边长为a的正方形检测区域而言，-a≤x,y≤a；结构权函数Wn[Bn(x,y)]与坐标点(x,y)的关系为：其中:α决定第n条传感路径影响区域的范围，0.015≤α≤0.15，n为传感路径的序号，1≤n≤N，N为传感路径的总数；计算损伤出现在坐标点(x,y)处的概率值：把计算得到的概率值经正则化后得到概率分布图像，表明损伤出现的概率，其中：概况值最大的坐标点为损伤的中心位置坐标，进而实现损伤的成像和定位的目的。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晶晶，刘广，李富才，李鸿光，冯康军，曹倩倩，胡坚，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31