[发明专利]基于激励波束成型和加权图像融合的MUSIC腐蚀监测方法

权利要求书

1.基于激励波束成型和加权图像融合的MUSIC腐蚀监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在结构处于健康状态时，轮流驱动阵列A和阵列S激发Lamb波，并采集对应传感器阵列的响应信号，记为基准信号；

(2)在腐蚀损伤监测过程中，轮流驱动阵列A和阵列S激发Lamb波，并采集对应传感器阵列的响应信号，记为监测信号；将监测信号减去基准信号，记为腐蚀损伤的散射信号；

(3)基于MUSIC算法和腐蚀损伤的散射信号，得到腐蚀成像结果，搜索腐蚀成像结果的峰值点，即为腐蚀损伤的初估位置；

(4)根据此初估位置，计算激励阵元相对腐蚀损伤初估位置的时延，并根据该时延前移或后移腐蚀损伤的散射信号，叠加这些腐蚀损伤的散射信号获得增强的腐蚀损伤的散射信号；

(5)将增强的腐蚀损伤的散射信号再次代入MUSIC算法，得到对应的腐蚀成像结果和散射信号协方差矩阵的大特征值；

(6)对阵列A和阵列S分别作为激励源阵列时对应的腐蚀成像结果设置相应的权值，根据权值融合两次腐蚀成像结果，搜索融合成像的峰值点，即为腐蚀损伤位置；

(7)根据步骤(6)得到的权值叠加散射信号协方差矩阵的大特征值，进而计算腐蚀因子，利用腐蚀因子评估腐蚀损伤深度。

2.根据权利要求1所述MUSIC腐蚀监测方法，其特征在于，所述阵列A和阵列S均为一维均匀线阵，两个阵列均包含2N+1个阵元，阵列A中的各个阵元用A_i表示，阵列S中的各个阵元用S_i表示，i＝-N,-(N-1),…,0,…,N-1,N。

3.根据权利要求2所述MUSIC腐蚀监测方法，其特征在于，在步骤(2)中，驱动阵列A激发Lamb波，即依次将阵列A中每个阵元作为激励，得到对应的腐蚀损伤的散射信号：

上式中，为阵列A中阵元A_i作为激励时，阵列S中所有阵元得到的散射信号组成的向量；N(t)为阵列S中各阵元采集通道的背景噪声组成的向量；x_a(t)为阵列S中参考阵元获取的腐蚀损伤的散射信号；A(r,θ)为导向矢量，A(r,θ)中的元素a_q(r,θ)＝exp(-jω₀τ_q)，q＝N,-(N-1),...,0,...,N-1,N，ω₀为传播信号的中心频率，j为虚数单位，d为阵列中相邻阵元的间距，c为信号传播速度，r和θ分别为损伤相对于阵列S的距离和角度；t表示信号的时刻；

驱动阵列S激发Lamb波的过程与阵列A相同。

4.根据权利要求3所述MUSIC腐蚀监测方法，其特征在于，在步骤(3)中，首先计算的协方差矩阵

上式中，上标H表示Hermitian转置，K为采集信号长度；

然后对进行特征值分解：

上式中，U_S、U_N分别为信号子空间、噪声子空间，∑_S、∑_N分别为信号子空间对应的大特征值、噪声子空间对应的小特征值；

基于MUSIC算法的空间谱估计：

在空间谱图中存在一个明显的波峰，即为腐蚀损伤的初估位置。

5.根据权利要求4所述MUSIC腐蚀监测方法，其特征在于，在步骤(4)中，计算激励源阵列中各阵元与腐蚀损伤的初估位置的距离：

上式中，l为激励源阵列与传感器阵列之间的间距，r₁为腐蚀损伤初估位置的距离信息，θ₁为腐蚀损伤初估位置的方向信息；

计算激励源阵列中各阵元至腐蚀损伤的时延：

上式中，为激励源阵列中参考阵元与腐蚀损伤的初估位置的距离；

叠加各腐蚀损伤的散射信号获得增强的腐蚀损伤的散射信号：