一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法技术

本发明专利技术公开了一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法，包括：向轨道交通车辆的被测结构件发射单模式Lamb波信号；采集所述被测结构件的传感器接收到的各模式信号，在时间域上反转后再次加载至所述被测结构件上，并采集重构信号；根据重构信号中主瓣和旁瓣波峰值的相对时刻，计算出所述Lamb波损伤散射信号传播时间并作为样本信息；结合未知参数的先验分布，根据贝叶斯理论获得所述未知参数的后验分布，并根据所述未知参数的后验分布推断未知参数以确定所述被测结构件的损伤位置和波速度。本方法能够较为准确地识别出被测结构件的损伤位置、波传播速度及其不确定性。

An intelligent location method for active Lamb wave damage without reference signal

The invention discloses an intelligent location method of active Lamb wave damage without reference signal, including: launching a single mode Lamb wave signal to the measured structure part of the rail traffic vehicle, collecting the mode signals received by the sensor measured by the measured structure, reloading it on the measured structure after reversing the time domain, and picking it. The reconstructed signal is set. According to the relative time of the peak of the main lobe and the sidelobe wave in the reconstructed signal, the propagation time of the Lamb wave damage scattering signal is calculated and as the sample information. According to the prior distribution of the unknown parameters, the posterior distribution of the unknown parameters is obtained according to the Bias theory, and the posterior distribution of the unknown parameters is based on the unknown parameters. The unknown parameters are deduced to determine the damage location and wave velocity of the tested structure. This method can accurately identify the damage location, wave propagation speed and uncertainty of the tested structures.

【技术实现步骤摘要】
一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法
本专利技术涉及轨道交通结构健康检测领域，特别是涉及一种基于贝叶斯理论的无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法。
技术介绍
作为超声无损检测中最常见的一种导波形式，Lamb波具有沿传播路径衰减小、传播距离远等特点，并对结构的微小损伤敏感，对板状结构大面积无损检测具有很大优势口。现有的主动Lamb波损伤监测方法大多基于参考信号，即以健康状态响应信号为基准，通过对信号求差的方法获取损伤散射信号，但真实结构和外界环境的变化对其影响很大，使其在适用性方面受到较大影响。此外，传统的基于损伤散射信号传播时间的损伤定位方法，如，脉冲回波法、椭圆定位法、四点圆弧定位法等，均把损伤散射信号传播时间与一定频厚积下的波速等控制参数视为确定性值，而事实上，实际应用中测量误差、模型误差等导致的损伤定位结果的不确定性不可避免。如，损伤识别前，损伤尺寸、损伤程度及材料特性通常无法获知，且损伤、材料的非均值性及各向异性等对波速产生的影响也不明确，这将反过来影响通过理论计算所得到的损伤散射信号传播时间。再者，用以作激励与传感的压电片尺寸效应也未考虑，这都给损伤的准确定位带来影响。除此之外，由于Lamb波的频散特性，损伤散射信号波包在传播过程中会发生畸变，也会对损伤散射信号传播时间的确定产生影响。因此，在Lamb波损伤定位中有必要考虑不确定性因素对损伤定位结果的影响，开展基于不确定性方法的主动Lamb波损伤诊断研究。
技术实现思路
为了解决上述问题至少之一，本专利技术第一方面提供一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法，包括：S101：设置Lamb波的中心频率，向轨道交通车辆的被测结构件发射单模式Lamb波信号；S103：采集所述被测结构件的传感器接收到的各模式信号，将所述各模式信号在时间域上反转后再次加载至所述轨道交通车辆的被测结构件上，采集所述被测结构件的传感器接收到的重构信号；S105：根据所述重构信号中主瓣和旁瓣波峰值的相对时刻，获得Lamb波损伤散射信号传播时间与直达波传播时间之差，计算出所述Lamb波损伤散射信号传播时间并作为样本信息；S107：所述样本信息结合未知参数的先验分布，根据贝叶斯理论获得所述未知参数的后验分布，并根据所述未知参数的后验分布推断未知参数以确定所述被测结构件的损伤位置和波速度。进一步地，所述S101中采用双面激励方式产生单模式Lamb波。进一步地，所述S103中的所述传感器为压电传感器。进一步地，所述S107具体包括：S1071：采用蒙特卡洛模拟方法求解单个所述未知参数的后验分布，获得相对应的所述未知参数的平稳分布的马尔科夫链；S1073：结合吉布斯采样原理，引入优化参数，并调节接受概率，依次对单个所述未知参数生成样本序列；S1075：对所述马尔科夫链进行适当次数的迭代后获得收敛，以获得所述损伤位置的精确值。进一步地，所述优化参数从逆伽马分布中采样获得。进一步地，对所述马尔科夫链进行适当次数的迭代中，舍弃收敛前非稳定分布的迭代值。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的一种基于贝叶斯理论的无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法基于Lamb波的时间反转聚焦原理，考虑损伤定位过程中的不确定性因素，根据时反聚焦信号中主、旁瓣波包峰值的相对时刻，提取各测量通道损伤散射信号传播时间与直达波传播的时间之差作为样本，并基于贝叶斯理论，获得损伤位置、波速等未知参数的联合后验概率分布，再利用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法在后验分布中对未知参数进行采样估计，得到马尔科夫链的极限分布即未知参数的后验分布。本专利技术利用时间反转理论消除对轨道交通的车辆上结构健康状态下参考信号的依赖，而直接通过对当前状态下结构各监测路径的响应信号进行提取并分析，以实现损伤定位。通过仿真和模型实验研究结果表明，本方法能够较为准确地识别出损伤位置、波传播速度及其不确定性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术的一个实施例所述无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法的流程图；图2示出本专利技术的一个实施例的被测结构件的Lamb波时间反转过程图；图3示出本专利技术的一个实施例的根据贝叶斯理论计算损伤位置和波速度的流程图；图4示出本专利技术的一个实施例的Lamb波损伤散射信号与直达波信号的传播时间之差示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。目前主动Lamb波损伤检测方法大都基于健康状态下的参考信号以获取损伤散射信号，并采用确定性的方法进行损伤定位，在适用性方面受到较大影响。如图1所示，本专利技术的一个实施例提供了一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法，包括：S101：设置Lamb波的中心频率，向轨道交通车辆的被测结构件发射单模式Lamb波信号；S103：采集所述被测结构件的传感器接收到的各模式信号，将所述各模式信号在时间域上反转后再次加载至所述轨道交通车辆的被测结构件上，采集所述被测结构件的传感器接收到的重构信号；S105：根据所述重构信号中主瓣和旁瓣波峰值的相对时刻，获得Lamb波损伤散射信号传播时间与直达波传播时间之差，计算出所述Lamb波损伤散射信号传播时间并作为样本信息；S107：所述样本信息结合未知参数的先验分布，根据贝叶斯理论获得所述未知参数的后验分布，并根据所述未知参数的后验分布推断未知参数以确定所述被测结构件的损伤位置和波速度。在本实施例中，首先选择合适的中心频率的窄带信号，采用双面激励方式，激发出单模式的Lamb波信号，向轨道交通车辆的被测结构件发射所述Lamb波信号。将所述被测结构件的传感器所接收到的各模式信号，在时间域上进行反转，反转后再次加载至所述被测结构件上，即所接收信号先到后发、后到先发，再次从所述被测结构件的传感器所接收到的各模式信号，即采集所述被测结构件的传感器接收到的重构信号，从而实现各模式信号在原始激励处的自适应聚焦与频散补偿。如图2所示为被测结构件的Lamb波时间反转过程图，本实施例采用压电传感器进行感知和识别，如图2a所示，对于单模式的Lamb波信号，从PZTA传播到PZTB存在两条路径，分别对应压电片PZTB所接收到的直达波信号和损伤散射信号，即直达波信号V1和损伤散射信号V2，并且Lamb波的频散得到了补偿。如图2b所示，将PZTB处的传感信号经过时间域反转后再次加载到PZTB上，在PZTA处得到的时间反转重构信号为V＝V11+V12+V21+V22，其中V12为PZTB点接收到的直达波V1信号在时域内反转后用作激励时，以损伤散射波的方式到达PZTA处所得信号，V11、V21、V22的命名规则与V12相同。在单模式下经过前向和反向传播后，不同的群速度将会产生相应的时间延迟，在主瓣波峰旁形成旁瓣。其次，重构信号的主瓣与旁瓣波峰值的相对应的时间差即为Lamb波损伤散射信号传播时间与直达波传播时间的时间差。在主动监测的传感器阵列中，直达波传感路径为已经，因此根据所述时间差能够确定所述Lamb波损伤散射信号的传播时间，因此能够实现无参考信号的损伤定位和识本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法，其特征在于，包括：S101：设置Lamb波的中心频率，向轨道交通车辆的被测结构件发射单模式Lamb波信号；S103：采集所述被测结构件的传感器接收到的各模式信号，将所述各模式信号在时间域上反转后再次加载至所述轨道交通车辆的被测结构件上，采集所述被测结构件的传感器接收到的重构信号；S105：根据所述重构信号中主瓣和旁瓣波峰值的相对时刻，获得Lamb波损伤散射信号传播时间与直达波传播时间之差，计算出所述Lamb波损伤散射信号传播时间并作为样本信息；S107：所述样本信息结合未知参数的先验分布，根据贝叶斯理论获得所述未知参数的后验分布，并根据所述未知参数的后验分布推断未知参数以确定所述被测结构件的损伤位置和波速度。

【技术特征摘要】
1.一种无参考信号主动Lamb波损伤智能定位方法，其特征在于，包括：S101：设置Lamb波的中心频率，向轨道交通车辆的被测结构件发射单模式Lamb波信号；S103：采集所述被测结构件的传感器接收到的各模式信号，将所述各模式信号在时间域上反转后再次加载至所述轨道交通车辆的被测结构件上，采集所述被测结构件的传感器接收到的重构信号；S105：根据所述重构信号中主瓣和旁瓣波峰值的相对时刻，获得Lamb波损伤散射信号传播时间与直达波传播时间之差，计算出所述Lamb波损伤散射信号传播时间并作为样本信息；S107：所述样本信息结合未知参数的先验分布，根据贝叶斯理论获得所述未知参数的后验分布，并根据所述未知参数的后验分布推断未知参数以确定所述被测结构件的损伤位置和波速度。2.根据权利要求1所述的智能定位方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡国强，王彩凤，吕姣姣，潘越，郝强，梁柯欣，赵佳庆，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11