基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移動(dòng)式損傷檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，具體涉及一種基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移 動(dòng)式損傷檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛行器、±木建筑及重型機(jī)械等工程結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中長(zhǎng)期承受復(fù)雜的載荷條件 甚至可能遭受意外的撞擊，需要及時(shí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷，定期評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的完整性，W防止結(jié)構(gòu) 失效帶來(lái)巨大的損失。近年來(lái)，基于導(dǎo)波（板、殼結(jié)構(gòu)中通常稱為L(zhǎng)amb波）和基于機(jī)電阻 抗的損傷檢測(cè)方法在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。W上兩種方法對(duì)于結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部的 損傷均較為敏感，并各有特點(diǎn)。對(duì)基于導(dǎo)波的損傷檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)，導(dǎo)波在短時(shí)間內(nèi)可W傳播 較長(zhǎng)的距離，因此對(duì)大面積、長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)能快速有效地進(jìn)行損傷定位。而對(duì)基于阻抗法的損 傷檢測(cè)方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)主要在于該方法檢測(cè)靈敏度高、信號(hào)采集及處理方便快捷，因此 能夠更高效地評(píng)估損傷詳細(xì)狀況。
[0003] 然而W上兩種方法各自存在一些問(wèn)題；由于超聲導(dǎo)波或稱Lamb波有多模態(tài)和頻 散等特性，在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中回波信號(hào)會(huì)比較復(fù)雜，信號(hào)分析和處理起來(lái)較為困難，因此對(duì)于 損傷的定量化檢測(cè)有一定難度；而對(duì)于阻抗法來(lái)說(shuō)，掃描頻率越高，對(duì)損傷越敏感，然而檢 測(cè)區(qū)域也相應(yīng)變小，不利于損傷定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移動(dòng) 式損傷檢測(cè)方法，該方法基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗相結(jié)合技術(shù)，首先采用導(dǎo)波法對(duì)結(jié)構(gòu)損 傷進(jìn)行掃描定位，再通過(guò)機(jī)電阻抗法對(duì)損傷狀況進(jìn)行評(píng)估，具體包括W下步驟：
[0005] S1 ;布置移動(dòng)式傳感器探頭使其吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面；
[0006] S2;移動(dòng)式傳感器探頭激勵(lì)并接收超聲導(dǎo)波設(shè)備的導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷 位置進(jìn)行定位，獲得初步診斷圖像，確定無(wú)損區(qū)域及待檢測(cè)區(qū)域E ;
[0007] S3;將移動(dòng)式傳感器探頭布置在待測(cè)結(jié)構(gòu)的無(wú)損區(qū)域的任意M個(gè)不同位置，分別 用m(m = 1?M)表示，采用阻抗分析儀測(cè)量每個(gè)位置移動(dòng)式傳感器探頭的阻抗值，取所述 M個(gè)位置阻抗的平均值作為干禪合阻抗的基準(zhǔn)值；
[0008] S4;計(jì)算干禪合阻抗的統(tǒng)計(jì)差異從而確定阻抗的隨機(jī)誤差分布，通過(guò)隨機(jī)誤差分 布使用t檢驗(yàn)準(zhǔn)則確定損傷闊值；
[0009] S5;在待檢測(cè)區(qū)域E建立直角坐標(biāo)系，設(shè)置Q個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別用q(q= 1?曲表 示；
[0010] S6 ;在q(q = 1開始）位置處布置移動(dòng)式傳感器探頭，使其再次吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)的 表面并進(jìn)行阻抗測(cè)量；
[0011] S7 ;重復(fù)步驟S6,依次完成剩余檢測(cè)點(diǎn)的阻抗測(cè)量，得到各檢測(cè)點(diǎn)的干禪合阻抗 值Re狂)。；
[0012] S8 ;采集S7中檢測(cè)到的干禪合阻抗值Re狂)。對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，將超過(guò)S4中損 傷闊值的數(shù)據(jù)用于損傷診斷圖像的構(gòu)建，獲取待檢測(cè)區(qū)域E的損傷診斷圖像，評(píng)估損傷程 度獲得待測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷信息。
[0013] 所述移動(dòng)式傳感器探頭內(nèi)部集成有一個(gè)或多個(gè)壓電晶片傳感器。通過(guò)干禪合方式 實(shí)現(xiàn)傳感器與待測(cè)結(jié)構(gòu)的能量傳遞，可用于干禪合機(jī)電阻抗表征，無(wú)需采集損傷前的基準(zhǔn) 信號(hào)，適用于結(jié)構(gòu)損傷的局部診斷。
[0014] 所述可吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)表面的傳感器探頭，將基于導(dǎo)波的全局檢測(cè)方法和基于機(jī) 電阻抗的局部診斷方法相結(jié)合，形成可移動(dòng)和擴(kuò)展的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0015] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0016] 1、本發(fā)明采用移動(dòng)式傳感器探頭測(cè)量干禪合機(jī)電阻抗，對(duì)于感興趣的區(qū)域更易達(dá) 到和實(shí)施檢測(cè)策略，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)粘接傳感器的阻抗法檢測(cè)范圍小的缺點(diǎn)。
[0017] 2、本發(fā)明采用移動(dòng)式傳感器探頭測(cè)量干禪合機(jī)電阻抗，發(fā)展無(wú)基準(zhǔn)信號(hào)的機(jī)電阻 抗法進(jìn)行損傷檢測(cè)，克服了傳統(tǒng)的機(jī)電阻抗損傷檢測(cè)方法易受到環(huán)境變化影響的缺點(diǎn)。
[0018] 3、本發(fā)明提出的損傷檢測(cè)方法中應(yīng)用移動(dòng)式裝置，采用該裝置的移動(dòng)式傳感器探 頭既能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)波的激勵(lì)和接收，同時(shí)可用于干禪合機(jī)電阻抗的表征，無(wú)需增加傳感器探 頭數(shù)量，用較少的傳感器探頭就可W實(shí)現(xiàn)大面積結(jié)構(gòu)的靈活檢測(cè)與診斷。
[0019] 4、本發(fā)明提出的損傷檢測(cè)方法將基于導(dǎo)波和基于機(jī)電阻抗的兩種損傷檢測(cè)方法 相結(jié)合，發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，并互為補(bǔ)充，彌補(bǔ)了二者各自的缺點(diǎn)：導(dǎo)波信號(hào)復(fù)雜，對(duì)于損傷的 定量化檢測(cè)有一定難度；而阻抗法的掃描頻率越高，對(duì)損傷越敏感，然而檢測(cè)區(qū)域也相應(yīng)變 小，不利于損傷定位。此方法首先基于導(dǎo)波對(duì)損傷進(jìn)行快速掃描定位確定無(wú)損傷區(qū)域及待 檢測(cè)區(qū)域E，然后分別移動(dòng)探頭至無(wú)損傷區(qū)域及待檢測(cè)區(qū)域E，再通過(guò)移動(dòng)式探頭的干禪合 機(jī)電阻抗表征得到損傷狀況的詳細(xì)信息，大大提高了損傷檢測(cè)能力。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下， 還可W根據(jù)該些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明中結(jié)合超聲導(dǎo)波與機(jī)電阻抗的移動(dòng)式損傷檢測(cè)方法的流程圖
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中基于超聲導(dǎo)波法的檢測(cè)點(diǎn)分布與損傷設(shè)置示意圖；
[0023] 圖3為實(shí)施例中基于超聲導(dǎo)波法的損傷診斷結(jié)果圖像；
[0024] 圖4為實(shí)施例中的待檢測(cè)區(qū)域E的示意圖；
[0025] 圖5為待檢測(cè)區(qū)域E中應(yīng)用機(jī)電阻抗的移動(dòng)式檢測(cè)方法示意圖；
[0026] 圖6為實(shí)施例中基于機(jī)電阻抗法的損傷診斷結(jié)果圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(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)行清楚完整的描述：
[0028] 如圖1所示的一種基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移動(dòng)式損傷檢測(cè)方法，該方法基于 超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗相結(jié)合技術(shù)，首先采用導(dǎo)波法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行掃描定位，再通過(guò)機(jī)電 阻抗法對(duì)損傷狀況進(jìn)行評(píng)估，具體包括W下步驟：
[0029] S1 ;布置移動(dòng)式傳感器探頭使其吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面；
[0030] S2;移動(dòng)式傳感器探頭激勵(lì)并接收超聲導(dǎo)波設(shè)備的導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷 位置進(jìn)行定位，獲得初步診斷圖像，確定無(wú)損區(qū)域及待檢測(cè)區(qū)域E ;
[0031] S3;將移動(dòng)式傳感器探頭布置在待測(cè)結(jié)構(gòu)的無(wú)損區(qū)域的任意M個(gè)不同位置，分別 用m(m = 1?M)表示，采用阻抗分析儀測(cè)量每個(gè)位置移動(dòng)式傳感器探頭的阻抗值，取所述 M個(gè)位置阻抗的平均值作為干禪合阻抗的基準(zhǔn)值；
[0032] S4;計(jì)算干禪合阻抗的統(tǒng)計(jì)差異從而確定阻抗的隨機(jī)誤差分布，通過(guò)隨機(jī)誤差分 布使用t檢驗(yàn)準(zhǔn)則確定損傷闊值；
[0033] S5;在待檢測(cè)區(qū)域E建立直角坐標(biāo)系，設(shè)置Q個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別用q(q= 1?曲表 示；
[0034] S6 ;在q(q = 1開始）位置處布置移動(dòng)式傳感器探頭，使其再次吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)的 表面并進(jìn)行阻抗測(cè)量；
[00巧]S7 ;重復(fù)步驟S6,依次完成剩余檢測(cè)點(diǎn)的阻抗測(cè)量，得到各檢測(cè)點(diǎn)的干禪合阻抗 值Re狂)。；
[0036] S8 ;采集S7中檢測(cè)到的干禪合阻抗值Re狂)。對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，將超過(guò)S4中損 傷闊值的數(shù)據(jù)用于損傷診斷圖像的構(gòu)建，獲取待檢測(cè)區(qū)域E的損傷診斷圖像，評(píng)估損傷程 度獲得待測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷信息。
[0037] 本發(fā)明采用的移動(dòng)式傳感器探頭結(jié)構(gòu)采用申請(qǐng)?zhí)枮?01010244359. 5的專利申請(qǐng) 中公開的一種用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的壓電晶片的安裝方法及其裝置中的結(jié)構(gòu)，屬于現(xiàn)有技 術(shù)。所述可吸附在結(jié)構(gòu)表面的傳感器探頭，將基于導(dǎo)波的全局檢測(cè)方法和基于機(jī)電阻抗的 局部診斷方法相結(jié)合，形成可移動(dòng)和擴(kuò)展的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[00測(cè) 實(shí)施例：
[003引步驟1 ;取一塊如圖2所示鉛板試件（尺寸；1000mmX lOOOmmXSmm)，在其上分別 設(shè)置一個(gè)孔傷與一個(gè)刻痕，兩者坐標(biāo)如圖2所示。其中，孔傷的直徑為20mm，而刻痕的長(zhǎng) 30mm，寬1. 5mm。選定鉛板上N個(gè)（本實(shí)例為24個(gè)）不同位置（L1, L2,…，L24)作為檢測(cè) 點(diǎn)，其分布情況如圖2所示；
[0040] 步驟2 ;根據(jù)本發(fā)明人申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枮?01410020701. 1) -種基 于Lamb波的大面積結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法中的實(shí)施例步驟，得到試件的導(dǎo)波法檢測(cè)結(jié)果圖像， 如圖3所示；
[0041] 步驟3 ;根據(jù)導(dǎo)波的損傷診斷結(jié)果圖像，調(diào)整闊值選定待檢測(cè)區(qū)域E作為細(xì)檢區(qū) 域，其他區(qū)域視作無(wú)損傷區(qū)域，本實(shí)例中選擇刻痕所屬區(qū)域做待檢測(cè)區(qū)域E，如圖4和圖5所 示；
[0042] 步驟4 ;在無(wú)損傷區(qū)域任取M個(gè)不同點(diǎn)（本實(shí)例為20個(gè)），使移動(dòng)式探頭裝置吸附 在該M個(gè)點(diǎn)上，分別測(cè)量移動(dòng)式探頭的干禪合機(jī)電阻抗Re狂°)-(m = 1?M)，計(jì)算W上各點(diǎn) 所測(cè)阻抗的平均值作為基準(zhǔn)Re狂°)，其中本實(shí)例中選取50化Z-500化Z作為檢測(cè)頻率；
[004引步驟5 ;根據(jù)均方根偏差（RMSD)公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移動(dòng)式損傷檢測(cè)方法，其特征在于：該方法基于超 聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗相結(jié)合技術(shù)，首先采用導(dǎo)波法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行掃描定位，再通過(guò)機(jī)電阻 抗法對(duì)損傷狀況進(jìn)行評(píng)估，具體包括以下步驟： S1 :布置移動(dòng)式傳感器探頭使其吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面； S2:移動(dòng)式傳感器探頭激勵(lì)并接收超聲導(dǎo)波設(shè)備的導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷位置 進(jìn)行定位，獲得初步診斷圖像，確定無(wú)損區(qū)域及待檢測(cè)區(qū)域E ; 53 :將移動(dòng)式傳感器探頭布置在待測(cè)結(jié)構(gòu)的無(wú)損區(qū)域的任意M個(gè)不同位置，分別用m(m =1?M)表示，采用阻抗分析儀測(cè)量每個(gè)位置移動(dòng)式傳感器探頭的阻抗值，取所述M個(gè)位 置阻抗的平均值作為干耦合阻抗的基準(zhǔn)值； 54 :計(jì)算干耦合阻抗的統(tǒng)計(jì)差異從而確定阻抗的隨機(jī)誤差分布，通過(guò)隨機(jī)誤差分布使 用t檢驗(yàn)準(zhǔn)則確定損傷閾值； 55 :在待檢測(cè)區(qū)域E建立直角坐標(biāo)系，設(shè)置Q個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別用q(q = 1??表示； 56 :在q(q= 1開始）位置處布置移動(dòng)式傳感器探頭，使其再次吸附在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面 并進(jìn)行阻抗測(cè)量； 57 :重復(fù)步驟S6,依次完成剩余檢測(cè)點(diǎn)的阻抗測(cè)量，得到各檢測(cè)點(diǎn)的干耦合阻抗值 Re (Z)q； 58 :采集S7中檢測(cè)到的干耦合阻抗值Re (Z)q對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理，將超過(guò)S4中損傷閾 值的數(shù)據(jù)用于損傷診斷圖像的構(gòu)建，獲取待檢測(cè)區(qū)域E的損傷診斷圖像，評(píng)估損傷程度獲 得待測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移動(dòng)式損傷檢測(cè)方法，其特征還 在于：所述移動(dòng)式傳感器探頭內(nèi)部集成有一個(gè)或多個(gè)壓電晶片傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗的移動(dòng)式損傷檢測(cè)方法，該方法基于超聲導(dǎo)波和機(jī)電阻抗相結(jié)合技術(shù)，首先采用導(dǎo)波法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行掃描定位，再通過(guò)機(jī)電阻抗法對(duì)損傷狀況進(jìn)行評(píng)估。本發(fā)明提出的損傷檢測(cè)方法將基于導(dǎo)波和基于機(jī)電阻抗的兩種損傷檢測(cè)方法相結(jié)合，發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，并互為補(bǔ)充，彌補(bǔ)了二者各自的缺點(diǎn)：此方法首先基于導(dǎo)波對(duì)損傷進(jìn)行快速掃描定位確定無(wú)損傷區(qū)域及待檢測(cè)區(qū)域E，然后分別移動(dòng)探頭至無(wú)損傷區(qū)域及待檢測(cè)區(qū)域E，再通過(guò)移動(dòng)式探頭的干耦合機(jī)電阻抗表征得到損傷狀況的詳細(xì)信息，大大提高了損傷檢測(cè)能力。
【IPC分類】G01N27-02
【公開號(hào)】CN104597083
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510017210
【發(fā)明人】武湛君, 鄭躍濱, 劉科海, 高進(jìn), 王奕首
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日