[发明专利]一种机电阻抗结构损伤监测的温度补偿方法

摘要

本发明公开了一种机电阻抗结构损伤监测的温度补偿方法。首先，通过对被测试件阻抗(导纳)信号的测量及分析，研究了温度变化对其阻抗信号的影响。被测结构的阻抗谱实部和虚部均随温度的变化往某一方向发生漂移。其次利用基于最小RMSD的温度补偿算法对基准信号进行补偿，对基准信号的频率和幅值补偿量进行曲线拟合，得出温度与两种补偿量的关系，即基准信号温度补偿量拟合曲线。最后，将基准信号温度补偿量拟合曲线用于不同温度监测信号的补偿。这种基于机电阻抗技术的有效定量的温度补偿算法可以实现对任意实验温度范围内的损伤阻抗(导纳)信号的补偿，提高了基于机电阻抗技术在结构健康监测中损伤定位与定量的准确性。

主权项

1.一种机电阻抗结构损伤监测的温度补偿方法，其特征在于：首先，由高低温试验箱、计算机、精密阻抗分析仪、被测试件和压电陶瓷片组成结构健康监测系统，高低温试验箱和精密阻抗分析仪交互连接，精密阻抗分析仪和计算机交互连接；被测试件和压电陶瓷片安装在高低温试验箱中；利用结构健康监测系统在一定温度范围内采集无损被测试件的原始阻抗信号，通过观察和分析不同温度下无损被测试件的原始阻抗—频率曲线，得到原始阻抗信号随温度变化的规律；不同被测试件的原始阻抗信号随温度变化的规律不同，随着温度的升高，无损被测试件的阻抗信号实部有规律地向不同频率区漂移，同时在幅值方向也有所改变，且在谐振峰处幅值变化较为明显；无损被测试件阻抗信号虚部随着温度升高，阻抗谱虚部则同样在频率范围内发生有规律地漂移，且漂移规律比实部更加明显；当机电阻抗信号受到温度变化的影响时，会在频率及幅值方向发生漂移，并且温度变化越大信号漂移量越大；其次，在确定了阻抗信号随温度变化规律后，为了更好的表征结构的损伤程度，引入了均方根偏差RMSD作为损伤指数，用于对阻抗信号的分析与处理，实现对结构损伤的定量与定位的识别；阻抗信号随着温度的变化会发生有规律的漂移；消除温度对阻抗信号的影响，实际就是通过对阻抗谱频率与幅值进行有效移动，使其移动到指定温度下的位置，从而达到温度补偿的效果；由于信号在频率与幅值方向均有漂移，因此需分别对频率和幅值进行补偿，寻找最小RMSD即可确定实际监测的阻抗信号与参考阻抗信号之间在频率与幅值上的最优的补偿量，将该最优补偿量用于阻抗信号的补偿，以消除由温度变化引起的阻抗特征的漂移；再通过线性拟合的方法，得到频率最佳补偿值和幅值最佳补偿值与温度的线性关系拟合曲线；利用此线性拟合关系及最佳补偿值带入到先前采集的不同温度下无损试件阻抗信号，即得到了频率及补偿后的阻抗信号，实现阻抗信号的温度补偿；最后，利用前期搭建的基于机电阻抗技术的结构健康监测系统，在一定温度范围内，对在实际工况中产生不同类型或不同程度结构缺陷的被测试件进行阻抗信号测量及数据采集；从而得到不同温度下被测试件的阻抗信号，利用先前通过温度补偿算法得到的频率最佳补偿值和幅值最佳补偿值与温度的线性关系拟合曲线，对有损被测试件的阻抗信号进行频率和幅值补偿，进而实现对基于机电组抗法的结构健康监测结果的温度补偿。