一种基于超声导波的损伤识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于超声导波的损伤识别方法及系统，获取基准信号与损伤信号；对获取的基准信号与损伤信号进行相关性分析，基于相关性分析结果进行损伤指数计算；根据各个路径的损伤指数，去除低于预设阈值的对应路径，仅保留受损伤影响的路径；通过对受损伤影响的路径的散射信号进行加权运算，利用复杂连续小波变换求解飞行时间；将飞行时间与损伤指数带入概率融合框架中，得到不同位置存在损伤的概率；本发明专利技术将改进的概率损伤成像算法与椭圆轨迹法进行融合，将路径筛选后剩余路径的损伤特征值输入概率融合框架，在数据轻量化的前提下实现了损伤的精确识别。实现了损伤的精确识别。实现了损伤的精确识别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声导波的损伤识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及结构损伤识别
，特别涉及一种基于超声导波的损伤识 别方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有 技术。
[0003]高性能轻质金属材料与碳纤维增强复合材料在船舶、飞机、高铁等高端装 备的各个结构件中应用广泛，对结构件进行结构健康监测一直是当前热点研究 问题。
[0004]例如，作为结构件中的典型代表，板状结构在长期服役过程中，由于高强 度的载荷以及复杂多变的环境，其可靠性会降低，结构表面会出现损伤。板状 结构除了常见的平板结构还包括复杂的板状结构如双曲板，加筋板等，若损伤 未被及时发现并得到有效处理，会对装备的健康状态产生一定影响，潜在的损 伤持续发展将破坏结构整体，最终造成重大的生命财产损失。
[0005]目前国内外对于结构损伤检测技术研究较多，主要分为有损检测和无损检 测两类。其中，由于有损检测会对检测对象造成一定程度的不可逆破坏，因此 在应用过程中受限制较大。无损检测因其简单便捷，检测效率高且不会对结构 造成损伤的特点，在工业领域应用广泛。其中，超声导波检测技术因其成本低、 距离远、对微小损伤敏感等优势，在无损检测领域中得到了广泛的应用。现阶 段，基于Lamb波的损伤识别技术是通过在薄板表面安装传感器，发送一定频率 的弹性应力波，弹性波在介质的表面来回反射并叠加干涉形成导波，再通过接 收传感器采集经过结构待检测区域的导波信号，利用损伤识别算法提取出导波 与结构损伤相互作用后含有的损伤特征值，从而实现对检测结构中损伤的定位 和定量评估。
[0006]目前超声导波损伤成像算法主要包括两类，一类是基于飞行时间的成像算 法；另一类是基于损伤指数的成像算法。基于飞行时间的成像算法主要包括三 角形测量法、四点圆弧法等，这类算法需要提前计算波在结构中的传播模态及 速度，因此对导波在结构中传播的先验知识要求较高；基于损伤指数的成像算 法主要为概率成像，通过对基准信号与检测信号进行比较，对其信号差异做一 个量化，进而判断损伤，但这与路径数量有关，路径越多，传感器网络越密集 成像效果越好，成本较高。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于超声导波的损伤识别方 法及系统，将改进的概率损伤成像算法与椭圆轨迹法进行融合，将路径筛选后 剩余路径的损伤特征值输入概率融合框架，在数据轻量化的前提下实现了损伤 的精确识别。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种基于超声导波的损伤识别方法。
[0009]一种基于超声导波的损伤识别方法，包括以下过程：
[0010]获取基准信号与损伤信号；
[0011]对获取的基准信号与损伤信号进行相关性分析，基于相关性分析结果进行 损伤指数计算；
[0012]根据各个路径的损伤指数，去除低于预设阈值的对应路径，仅保留受损伤 影响的路径；
[0013]通过对受损伤影响的路径的散射信号进行加权运算，利用复杂连续小波变 换求解飞行时间；
[0014]将飞行时间与损伤指数带入概率融合框架中，得到不同位置存在损伤的概 率；
[0015]通过马尔可夫蒙奇卡洛采样，获得损伤坐标的频率分布图，得到损伤坐标 的概率分布。
[0016]本专利技术第二方面提供了一种基于超声导波的损伤识别系统。
[0017]一种基于超声导波的损伤识别系统，包括：
[0018]数据获取模块，被配置为：获取基准信号与损伤信号；
[0019]损伤指数计算模块，被配置为：对获取的基准信号与损伤信号进行相关性 分析，基于相关性分析结果进行损伤指数计算；
[0020]路径选择模块，被配置为：根据各个路径的损伤指数，去除低于预设阈值 的对应路径，仅保留受损伤影响的路径；
[0021]飞行时间计算模块，被配置为：通过对受损伤影响的路径的散射信号进行 加权运算，利用复连续小波变换求解飞行时间；
[0022]损伤概率计算模块，被配置为：将飞行时间与损伤指数带入概率融合框架 中，得到不同位置存在损伤的概率；
[0023]概率分布获取模块，被配置为：通过马尔可夫蒙奇卡洛采样，获得损伤坐 标的频率分布图，得到损伤坐标的概率分布。
[0024]本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程 序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的基于超声导波的损伤识别方法 中的步骤。
[0025]本专利技术第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储 器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第 一方面所述的基于超声导波的损伤识别方法中的步骤。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]1、本专利技术所述的方法、系统、介质或电子设备，针对板状结构，提出了一 种基于lamb波测量板状结构损伤的概率融合算法，在其原有的基础上进行优化 路径筛选，达到了轻量化的目的。
[0028]2、本专利技术所述的方法、系统、介质或电子设备，在改进的概率损伤成像算 法中，对损伤指数的计算方式进行选择，可以降低由于lamb波不同变化形式带 来的损伤指数差异，减小其对成像的影响；另外，在成像时引入空间坐标，既 可以对普通薄平板进行研究，也可对复杂曲面板进行研究。
[0029]3、本专利技术所述的方法、系统、介质或电子设备，在椭圆轨迹法中，通过幅 值全乘法将多条路径进行损伤指数融合，从而提高了损伤定位的精确度。
[0030]4、本专利技术所述的方法、系统、介质或电子设备，将改进的概率损伤成像算 法与椭
圆轨迹法进行融合，将路径筛选后剩余路径的损伤特征值输入概率融合 框架，在数据轻量化的前提下实现了损伤的精确识别。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]图1为本专利技术实施例1提供的基于超声导波的板状结构损伤检测流程示意 图。
[0033]图2为本专利技术实施例1提供的超声导波检测系统组成示意图。
[0034]图3为本专利技术实施例1提供的基于超声导波的损伤检测流程示意图。
[0035]图4为本专利技术实施例1提供的信号处理流程示意图。图5为本专利技术实施例1提供的损伤定位结果示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的 普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声导波的损伤识别方法，其特征在于：包括以下过程：获取基准信号与损伤信号；对获取的基准信号与损伤信号进行相关性分析，基于相关性分析结果进行损伤指数计算；根据各个路径的损伤指数，去除低于预设阈值的对应路径，仅保留受损伤影响的路径；通过对受损伤影响的路径的散射信号进行加权运算，利用复杂连续小波变换求解飞行时间；将飞行时间与损伤指数带入概率融合框架中，得到不同位置存在损伤的概率；通过马尔可夫蒙奇卡洛采样，获得损伤坐标的频率分布图，得到损伤坐标的概率分布。2.如权利要求1所述的基于超声导波的损伤识别方法，其特征在于：当损伤信号与幅值信号相比表现为幅值变化时，损伤指数为：其中，X
k
为K条路径中的健康信号的数据，Y
k
为K条路径中的损伤信号的数据，μ
x
为X
k
的均值，μ
y
为Y
k
的均值。3.如权利要求1所述的基于超声导波的损伤识别方法，其特征在于：当损伤信号与幅值信号相比表现为相位偏移时，损伤指数为：其中，E
xk
为K条路径中的健康信号能量谱，E
yk
为K条路径中的损伤信号能量谱，t0为有效信号起始时间，Δt为有效信号时长。4.如权利要求1所述的基于超声导波的损伤识别方法，其特征在于：根据损伤指数和检测区域存在损伤的权重，得到概率成像算法的损伤概率值，检测区域存在损伤的权重为：重为：其中，D
an
为点(x,y,z)到第n条路径执行器的距离，β为预设阈值，D
sn
为点(x,y,z)到第n条路径接收器的距离，D
n
为第n条路径执行器到接收器的距离，(x
an
,y
an
,z
an
)为第n条路径执行器坐标，(x
sn
,y
sn
,z
sn
)为第n...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜明顺，张宏，魏钧涛，张法业，张雷，贾磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：