基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法及系统技术方案

本公开属于超声导波结构健康监测技术领域，提供了一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法及系统，包括以下步骤：获取不同状态下的结构导波信号；根据所获取的导波信号计算不同状态下的损伤因子，基于所得到的损伤因子筛选损伤有效路径；分别计算搜索点的飞行时间和所述损伤有效路径的损伤飞行时间，得到损伤有效路径的损伤飞行时间与搜索点的飞行时间之差；根据所得到的飞行时间之差，筛选损伤匹配程度高的搜索点，得到有效搜索点；根据所述损伤有效路径的散射信号和所述有效搜索点，计算有效搜索点的能量，确定损伤位置。确定损伤位置。确定损伤位置。

【技术实现步骤摘要】
基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法及系统


[0001]本公开属于超声导波结构健康监测
，具体涉及一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]碳纤维复合材料是一种具有耐高温、耐腐蚀、比重小、比强度高等优良力学性能的新型材料，广泛应用于飞机机体、导弹壳体、高速列车和地铁机体及转向架的制造。但随着设备使用时间的增加，复合材料结构内部可能出现裂纹或分层，威胁设备的安全。因此，开展复合材料结构健康监测与损伤检测具有重要意义。超声导波技术以损伤信息为传输介质，具有检测速度快、监测范围广、灵敏度高等优点，已成为无损健康检测领域的研究热点。
[0004]目前研究较多的超声导波损伤检测方法主要有飞行时间法(Time Of Flight，简称TOF)和路径成像法。基于飞行时间的损伤三角定位方法是将传播时间和波速相结合，以损伤坐标为未知参数，建立距离
‑
时间的椭圆或双曲线方程，然后通过求解方程组直接得到损伤位置；实现过程简单，但对散射信号到达时间和波速的计算精度要求较高，若参数求解不当，可能会出现无解的情况。相比之下，虚拟时间反转(VTR)和延迟累加和(DAS)方法不需要确定散射信号的到达时间，而是将监测区域划分为多个搜索点，并计算每个搜索点到阵列中传感器的距离；然后结合波速计算搜索点的TOF，将散射信号的能量叠加得到监测区域内的能量分布，并将能量最大的搜索点作为损伤位置。不少研究学者先后开展了VTR和DAS算法的原理及其在结构健康监测中的应用研究，对其在不同的探测结构和不同的应用场景中的有效性和准确性进行了验证。路径成像法是一种加权分布损伤诊断方法，通常以损伤引起的导波变化程度作为损伤指标，结合空间概率分布函数得到各传感路径的损伤指标分布。最后，对每条路径的损伤指数分布进行累加，得到整个监测区域的损伤指数分布，以最大损伤指数集中区域作为损伤位置。传统的路径成像方法将受损信号与健康信号之间的不相关系数作为损伤指标。计算过程简单，但损伤位置只能定位到传感路径的交点处，定位精度较低。
[0005]专利技术人通过分析TOF和基于路径成像的损伤定位技术发现，基于路径成像的损伤定位方法需要较少的先验知识，定位速度快，但定位精度与传感器阵列稀疏有关，传感器路径越多，定位精度越高，传感器路径越少，定位精度越低。基于TOF的损伤定位方法理论比较成熟，其实现依赖于波速的精确测量。然而，复合材料结构各向异性，其各个方向上的波速难以准确测量。精度和效率是结构损伤检测的两个重要因素，开展高精度、高效率的各向异性结构损伤定位方法研究，对碳纤维复合材料结构健康监测具有重要应用价值。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本公开提出了一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法
及系统，通过有效路径选取和搜索点匹配操作，缩小损伤点的搜索区域，提高损伤定位的精度和速度。
[0007]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，采用如下技术方案：
[0008]一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，包括以下步骤：
[0009]获取不同状态下的结构导波信号；
[0010]根据所获取的导波信号计算不同状态下的损伤因子，基于所得到的损伤因子筛选损伤有效路径；
[0011]分别计算搜索点的飞行时间和所述损伤有效路径的损伤飞行时间，得到损伤有效路径的损伤飞行时间与搜索点的飞行时间之差；
[0012]根据所得到的飞行时间之差，筛选损伤匹配程度高的搜索点，得到有效搜索点；
[0013]根据所述损伤有效路径的散射信号和所述有效搜索点，计算有效搜索点的能量，确定损伤位置。
[0014]作为进一步的技术限定，所述不同状态至少包括健康状态和损伤状态。
[0015]进一步的，所述筛选损伤有效路径的过程中，基于健康状态和损伤状态下的导波信号，计算出各条传感路径的损伤因子，设置损伤因子阈值，筛选出损伤因子大于损伤因子阈值的传感路径为损伤有效路径。
[0016]进一步的，根据所筛选的损伤有效路径，得到损伤有效路径的散射信号，对所得到的损伤有效路径的散射信号进行Hilbert变换，得到损伤有效路径的散射信号包络，所述损伤有效路径的散射信号包络最大值所对应的时间即为损伤有效路径的损伤飞行时间。
[0017]作为进一步的技术限定，所述搜索点的飞行时间与搜索点的坐标以及导波的传播速度有关。
[0018]作为进一步的技术限定，根据所得到的飞行时间之差，计算搜索点和损伤有效路径的飞行时间之差矩阵，通过判断所得到的飞行时间之差矩阵与激励信号的半个周期长度个数之间的关系，筛选损伤匹配程度高的搜索点，得到有效搜索点。
[0019]进一步的，若飞行时间之差矩阵大于激励信号的半个周期长度的个数大于损伤有效路径个数的八分之一，则该搜索点与损伤的匹配程度低，不属于有效搜索点；
[0020]若飞行时间之差矩阵大于激励信号的半个周期长度的个数小于或等于损伤有效路径个数的八分之一，则该搜索点与损伤的匹配程度高，属于有效搜索点。
[0021]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位系统，采用如下技术方案：
[0022]一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位系统，包括：
[0023]获取模块，被配置为获取不同状态下的结构导波信号；
[0024]筛选模块，被配置为根据所获取的导波信号计算不同状态下的损伤因子，基于所得到的损伤因子筛选损伤有效路径；
[0025]搜索点匹配模块，被配置为分别计算搜索点的飞行时间和所述损伤有效路径的损伤飞行时间，得到损伤有效路径的损伤飞行时间与搜索点的飞行时间之差；根据所得到的飞行时间之差，筛选损伤匹配程度高的搜索点，得到有效搜索点；
[0026]损伤定位模块，被配置为根据所述损伤有效路径的散射信号和所述有效搜索点，
计算有效搜索点的能量，确定损伤位置。
[0027]根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
[0028]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公开第一方案所述的基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法中的步骤。
[0029]根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
[0030]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公开第一方案所述的基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法中的步骤。
[0031]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0032]本公开通过布置密集的传感阵列监测信号，可以获取更多丰富的损伤信息，实现大面积区域的结构损伤监测；利用压电传感器布置对称的传感网络，可降低波速参数对定位准确性的影响；设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，其特征在于，包括以下步骤：获取不同状态下的结构导波信号；根据所获取的导波信号计算不同状态下的损伤因子，基于所得到的损伤因子筛选损伤有效路径；分别计算搜索点的飞行时间和所述损伤有效路径的损伤飞行时间，得到损伤有效路径的损伤飞行时间与搜索点的飞行时间之差；根据所得到的飞行时间之差，筛选损伤匹配程度高的搜索点，得到有效搜索点；根据所述损伤有效路径的散射信号和所述有效搜索点，计算有效搜索点的能量，确定损伤位置。2.如权利要求1中所述的一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，其特征在于，所述不同状态至少包括健康状态和损伤状态。3.如权利要求2中所述的一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，其特征在于，所述筛选损伤有效路径的过程中，基于健康状态和损伤状态下的导波信号，计算出各条传感路径的损伤因子，设置损伤因子阈值，筛选出损伤因子大于损伤因子阈值的传感路径为损伤有效路径。4.如权利要求3中所述的一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，其特征在于，根据所筛选的损伤有效路径，得到损伤有效路径的散射信号，对所得到的损伤有效路径的散射信号进行线性变换，得到损伤有效路径的散射信号包络，所述损伤有效路径的散射信号包络最大值所对应的时间即为损伤有效路径的损伤飞行时间。5.如权利要求1中所述的一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，其特征在于，所述搜索点的飞行时间与搜索点的坐标以及导波的传播速度有关。6.如权利要求1中所述的一种基于搜索点匹配的超声导波损伤定位方法，其特征在于，根据所得到的飞行时间之差，计算搜索点和损伤有效路径的飞行时间之差矩阵，通过判断所...

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