本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。這是由于Lamb波能夠在結(jié)構(gòu)中傳播較長(zhǎng)的距離，并且對(duì)裂紋、腐蝕和分層等損傷敏感。目前，Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的一種常用工作模式是激勵(lì)—接收模式。這種工作模式是在被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)上布置一傳感器陣列，然后利用一個(gè)傳感器作激勵(lì)器向結(jié)構(gòu)中激勵(lì)Lamb波，其它傳感器作接收器接收激勵(lì)的Lamb波，直到每一個(gè)傳感器都作了一次激勵(lì)器為止。當(dāng)Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，其測(cè)量的信號(hào)一般非常復(fù)雜，難以進(jìn)行分析解釋。一種簡(jiǎn)單有效地方法是在監(jiān)測(cè)前測(cè)量一組基準(zhǔn)信號(hào)，然后將目前測(cè)量的當(dāng)前信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)作相減，從而將此差信號(hào)作為損傷信號(hào)。但是外界環(huán)境，尤其是溫度，會(huì)對(duì)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生很大影響。溫度變化會(huì)造成基準(zhǔn)信號(hào)相減產(chǎn)生誤差。這些誤差的強(qiáng)度往往和損傷信號(hào)基本相當(dāng)。這樣就會(huì)使損傷監(jiān)測(cè)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，在Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)該對(duì)溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償。
目前，公認(rèn)為較有效地Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的溫度補(bǔ)償方法為最優(yōu)基準(zhǔn)信號(hào)相減和基準(zhǔn)信號(hào)壓縮/擴(kuò)展的結(jié)合。但基準(zhǔn)信號(hào)壓縮/擴(kuò)展需要在溫度補(bǔ)償前確定信號(hào)相位和幅值的溫度補(bǔ)償參數(shù)。由于溫度對(duì)直達(dá)Lamb波和反射Lamb波造成的影響不同，因此對(duì)這些波的溫度補(bǔ)償參數(shù)也會(huì)不同。當(dāng)被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，溫度補(bǔ)償參數(shù)的確定也會(huì)變的非常復(fù)雜。且當(dāng)被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)不同時(shí)，一般溫度補(bǔ)償參數(shù)需要重新確定。
因此，希望有一種技術(shù)方案來(lái)克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)上述缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法來(lái)克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)上述缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法，用于采用基準(zhǔn)信號(hào)與測(cè)量信號(hào)之差作為損傷信號(hào)的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法，所述Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法包括如下步驟：步驟1：在溫度補(bǔ)償前，采集一組Lamb波信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)b(t)，并獲取采集該基準(zhǔn)信號(hào)b(t)時(shí)的溫度T0以及采集一組Lamb波信號(hào)作為參考信號(hào)r(t)，并獲取采集參考信號(hào)r(t)時(shí)的溫度T1；步驟2：采集當(dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，并記錄當(dāng)前溫度T2；步驟3：根據(jù)所述步驟1及所述步驟2的數(shù)據(jù)，通過(guò)公式將基準(zhǔn)信號(hào)b(t)的相位補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，從而得到相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)步驟4：通過(guò)公式對(duì)相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行正則化處理；步驟5：通過(guò)公式將基準(zhǔn)信號(hào)的幅值補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前Lamb信號(hào)s(t)，從而得到溫度補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)。
優(yōu)選地，所述溫度T0與所述溫度T1兩溫度之差小于6℃。
優(yōu)選地，所述步驟3中的公式為：
其中，
—基準(zhǔn)信號(hào)b(t)的希爾伯特變換；
Re{·}—取復(fù)數(shù)實(shí)部的運(yùn)算；
j—虛數(shù)單位；
arg—信號(hào)的瞬時(shí)相位。
優(yōu)選地，所述步驟4中的公式為：
其中，
—相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)；
—對(duì)正則化后的信號(hào)。
優(yōu)選地，所述步驟5中的公式為：
其中，
<·>—為內(nèi)積運(yùn)算；
btb(t)—為將基準(zhǔn)信號(hào)b(t)補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前信號(hào)s(t)溫度的補(bǔ)償信號(hào)。
本發(fā)明中的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法不需要采集大量基準(zhǔn)信號(hào)，不需要確定任何溫度補(bǔ)償參數(shù)，處理過(guò)程簡(jiǎn)單，能對(duì)Lamb波信號(hào)中包含的全部波形進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實(shí)用性強(qiáng)，可應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。
附圖說(shuō)明
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法的流程示意圖。
如圖1所示的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法用于采用基準(zhǔn)信號(hào) 與測(cè)量信號(hào)之差作為損傷信號(hào)的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法，該Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法包括如下步驟：
步驟1：在溫度補(bǔ)償前，采集一組Lamb波信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)b(t)，并獲取采集該基準(zhǔn)信號(hào)b(t)時(shí)的溫度T0以及采集一組Lamb波信號(hào)作為參考信號(hào)r(t)，并獲取采集參考信號(hào)r(t)時(shí)的溫度T1；
步驟2：采集當(dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，并記錄當(dāng)前溫度T2；
步驟3：根據(jù)所述步驟1及所述步驟2的數(shù)據(jù)，通過(guò)公式將基準(zhǔn)信號(hào)b(t)的相位補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，從而得到相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)
步驟4：通過(guò)公式對(duì)相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行正則化處理；
步驟5：通過(guò)公式將基準(zhǔn)信號(hào)的幅值補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前Lamb信號(hào)s(t)，從而得到溫度補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)。
有利的是，在溫度T0與溫度T1兩溫度之差小于6℃的范圍內(nèi)，本申請(qǐng)的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法最為準(zhǔn)確。
在本實(shí)施例中，步驟3中的公式為：
其中，
—基準(zhǔn)信號(hào)b(t)的希爾伯特變換；
Re{·}—取復(fù)數(shù)實(shí)部的運(yùn)算；
j—虛數(shù)單位；
arg—信號(hào)的瞬時(shí)相位。
在本實(shí)施例中，步驟4中的公式為：
其中，
—相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)；
—對(duì)正則化后的信號(hào)。
在本實(shí)施例中，所述步驟5中的公式為：
其中，
<·>—為內(nèi)積運(yùn)算；
btb(t)—為將基準(zhǔn)信號(hào)b(t)補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前信號(hào)s(t)溫度的補(bǔ)償信號(hào)。
在本實(shí)施例中，步驟2中的當(dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，及其他地方提及的當(dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)是指需要判定有無(wú)損傷時(shí)，采集的當(dāng)下的信號(hào)。
在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)信號(hào)為結(jié)構(gòu)沒有破損的情況下的Lamb波信號(hào)。
在本實(shí)施例中，步驟3中的公式中的T1、T2、T0為步驟1中的各個(gè)信號(hào)的溫度。
下面以舉例的方式本申請(qǐng)進(jìn)行進(jìn)一步闡述，可以理解的是，該舉例并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的任何限制。
對(duì)一碳纖維復(fù)合材料層板的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)進(jìn)行了溫度補(bǔ)償。復(fù)合材料層板的材料為T700/BA9916，尺寸為150mm×100mm×3mm，鋪層為[45/0/-45/90/0/45/0/-45/0/45/90/-45]S，每層鋪層的厚度為0.125mm。利用環(huán)氧膠在板上粘貼了2個(gè)壓電片，其中一個(gè)作為激勵(lì)器，另一個(gè)作傳感器。壓電材料為P51，直徑為8mm，厚度為0.45mm。復(fù)合材料層板的尺寸和壓電片的布置。復(fù)合材料層板被置于溫度環(huán)境箱中，通過(guò)改變溫度環(huán)境箱中的溫度來(lái)改變層板及周圍的環(huán)境溫度。
Lamb波的激勵(lì)信號(hào)為調(diào)制的5波峰正弦信號(hào)。激勵(lì)頻率為70KHz，信號(hào)采樣率為10MHz。
按照本申請(qǐng)的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償具體為：在環(huán)境箱溫度為20℃時(shí)，采集了基準(zhǔn)信號(hào)b(t)，并記錄溫度T0。接著以1℃/min的速率升高環(huán)境箱溫度至23℃，并保溫1小時(shí)，然后采集參考信號(hào)r(t)，并記錄溫度T1。
然后以1℃/min的速率升高環(huán)境箱溫度至29℃，并保溫1小時(shí)，然后采集當(dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，并記錄溫度T2。
通過(guò)公式將基準(zhǔn)信號(hào)b(t)的相位補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前信號(hào)當(dāng)前Lamb波信號(hào)s(t)，從而得到相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)
對(duì)相位補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行正則化處理。
將基準(zhǔn)信號(hào)的幅值補(bǔ)償?shù)疆?dāng)前Lamb信號(hào)s(t)，從而得到溫度補(bǔ)償后的基準(zhǔn)信號(hào)。
由于溫度會(huì)對(duì)Lamb波信號(hào)的幅值和相位有影響，本申請(qǐng)將基準(zhǔn)信號(hào)的相位和幅值，補(bǔ)償為與當(dāng)前信號(hào)具有相同溫度時(shí)所具有的特征。從而形成一種Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法。
本發(fā)明的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的溫度補(bǔ)償方法相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：不需要采集大量基準(zhǔn)信號(hào)，不需要確定任何溫度補(bǔ)償參數(shù)，處理過(guò)程簡(jiǎn)單，能對(duì)Lamb波信號(hào)中包含的全部波形進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實(shí)用性強(qiáng)，可應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。
最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。