[发明专利]用于复合材料板状结构的无参考损伤识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种损伤识别方法，尤其涉及一种基于传感器网络的复合材料板状结构无参考损伤识别方法，属于结构健康检测技术领域。 

背景技术

有参考信号的航空结构健康监测方法已经得到了广泛的研究，然而由于温度、噪声等环境因素对Lamb波的影响较大，工作环境时的Lamb波传播特性和已测的参考信号往往差别很大，这对损伤识别的有效性和准确性提出了挑战。部分学者研究用校正或概率的方法来解决这个问题：校正的方法通过考虑环境的影响，首先校正参考信号，再和实际测量信号相比提取损伤指标；概率的方法则考虑环境的影响，在损伤指标上设置阈值，认为在损伤指标大于某个阈值时，才是损伤造成的信号差异，而不仅仅是环境因素影响的。 

然而，通过不需要参考信号，直接通过工作环境中的实测信号识别损伤，仍是航空结构健康监测的最理想情况。 

目前，已有一些无参考信号的结构健康监测方法。基于时间反转法的无参考损伤识别技术通过将传感器接收的信号进行时间反转并发送回去，比较作为激励的传感器接收到的信号与其最初的发射信号：若信号差异较大，说明路径中存在损伤，并最终通过传感器网络成像。但是，该方法操作复杂，在线实现较难。基于Lamb波在损伤处的模式转换现象的无参考损伤识别方法认为当计算得出的转换模式（包含噪声）大于统计噪声能量的最大值时，结构中存在损伤；然而此方法仅是粗略地知道结构中存在损伤，并不能进一步识别损伤位置和程度。还有一种自适应源去除方法，根据实测信号反推源信号，进而计算出一种信号代替参考信号，再利用与有参考信号损伤识别方法相同的步骤识别损伤，这种方法对金属板结构较为有效，而在复合材料等复杂结构可能略显不足。因此，有必要寻找一种能操作简单、便于在线实现的复合材料结构损伤定位方法。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于传感器网络的复合材料结构无参考损 伤识别方法，通过规则的激励/传感阵列方便地实现复合材料板结构的在线损伤检测。 

本发明提供的用于复合材料板状结构的无参考损伤识别方法包括以下步骤： 

步骤1：在所述复合材料板状结构上均匀布置多个压电元件组成的传感器阵列，并在所述传感器阵列的中心布置一个压电元件； 

步骤2：选择一个激励信号依次激励每个压电元件，并在激励每个压电元件时，采集其余压电元件的相应信号； 

步骤3-1：选择传感器阵列上的、平行且距离相等的激励传感路径作为相似组合，并以所有相似激励传感路径上的最大信号为基准，确定所述相似组合中的每条激励传感路径的损伤指标； 

步骤3-2：确定位于通过阵列中心的压电元件一线上的两个压电元件形成的激励传感路径上的损伤指标，其中该损伤指标是所述激励传感路径两端的压电元件分别与中心的压电元件形成的相似激励传感路径的损伤指标的平均值，且所述每一相似激励传感路径的损伤指标由所有相似激励传感路径上的最大信号为基准而分别确定； 

步骤4:利用步骤3-1和步骤3-2中所得的损伤指标对所述复合材料板状结构中的损伤进行成像。 

优选地，所述组成阵列的压电元件是8、12、16或20个，且排列成圆形或正方形。 

优选地，所述激励信号选择低频窄波信号，优选为50KHz的窄波信号，从而激励信号在复合材料板状结构中仅激励出A0波。 

优选地，在步骤4中，本发明采用概率成像法进行损伤成像。 

优选地，本发明对概率成像法进行了改进，基于下式对整个结构区域内的每个像素点存在损伤的概率进行叠加