[发明专利]一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法

摘要

本发明公开了一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法，包括主动监测过程和被动监测过程。本发明利用压电陶瓷传感器监测到的电信号，经过一系列的分析处理，能够从中有效地识别出水工混凝土的损伤，特别是裂缝损伤，即能准确判定有无损伤的发生，以及损伤发生的位置和损伤的程度。本发明能够在大坝安全监测系统中运用压电陶瓷监测技术来进行水工混凝土的损伤识别，其体积小，灵敏度高，响应速度快，能够在安全监测系统中得到较大的应用。

主权项

1.一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法，其特征在于：包括主动监测过程和被动监测过程，分别为：主动监测过程包括以下步骤：S11：利用滑动平均法将压电陶瓷传感器实测信号y(t)进行趋势项消除；其中，t为时间信号；S12：利用改进经验模态分解法进行信号降噪，获得近基线、无噪声叠加的预处理信号；S13：利用小波包对步骤S12得到的信号进行分解；S14：求出信号的小波包能量谱；S15：建立损伤指示指标，以此对结构损伤程度进行识别、对损伤进行定位；被动监测过程包括以下步骤：S21：利用滑动平均法将压电陶瓷传感器实测信号进行趋势项消除；S22：利用改进经验模态分解法进行信号降噪，获得近基线、无噪声叠加的预处理信号；S23：从步骤S22得到的信号中提取自由振动响应；S24：对自由振动数据进行模态参数识别；S25：建立损伤指示指标，进行有无损伤发生的判断和损伤程度的确定；所述步骤S12具体包括以下步骤：S12.1：得第l个IMF信号c_l(t)，l＝1,2,3，…；S12.2：从f(t)中减去c_l(t)得到r_l(t)，即r_l(t)＝f(t)‑c_l(t)；将r_l(t)作为原数据重复步骤S12.1，获得f(t)的第二个符合IMF条件的分量c₂(t)，如此循环n次，获得信号f(t)的n个符合IMF条件的分量；其中，f(t)为步骤S11中实测信号y(t)的确定性成分；所述步骤S12.1具体包括以下步骤：S12.11：令k＝2；k为迭代次数加1；S12.12：通过高斯过程在所有局部最大值间内插法得到上包络线u_k‑1(t)和下包络线v_k‑1(t)；S12.13：通过式(1)计算上下包络线的均值m_k‑1(t)：S12.14：用f(t)减去m_k‑1(t)，求得一个剔除低频的新数据序列h_k‑1(t)，即：h_k‑1(t)＝f(t)‑m_k‑1(t)                      (2)其中，f(t)为步骤S11中实测信号y(t)的确定性成分；S12.15：判断k是否等于K，K为最大迭代次数：如果是，则结束；否则，则继续进行步骤S12.16；S12.16：如果h_k‑1(t)符合IMF条件，则h_k‑1(t)就是f(t)的第k‑1个分量；否则，令k＝k+1，然后返回执行步骤S12.12；所述步骤S14具体包括以下步骤：S14.1：通过式(3)提取响应信号小波包分解系数其中，R(t)表示去噪后的新数据系列，ψ_j,h,i(t)为具备尺度指标j、位置指标h和频率指标i的小波包；S14.2：对小波包分解系数进行重构，提取各个频带范围的信号，求出信号的小波包能量谱E：其中，表示第i个频带的能量，如式(5)所示；其中，表示的重构信号。