基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，方法采用主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)被測(cè)無(wú)損結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻測(cè)試，得出結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)；從結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中選取多個(gè)波峰頻率作為探測(cè)信號(hào)中心頻率；采用時(shí)間反演技術(shù)結(jié)合主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)，得出不同損傷狀態(tài)下不同中心頻率時(shí)間反演聚焦信號(hào)的聚焦峰值；以這些不同中心頻率聚焦峰值作為自變量，以不同損傷狀態(tài)下測(cè)得的不同中心頻率聚焦峰值作為自變量回歸樣本，以損傷狀態(tài)作為因變量，進(jìn)行多元一次線(xiàn)性回歸分析，得出損傷狀態(tài)的回歸方程。在測(cè)試條件不變的情況下，根據(jù)回歸方程，上述方法能夠由某損傷狀態(tài)下測(cè)得的多個(gè)不同中心頻率聚焦峰值評(píng)估出當(dāng)前結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)試測(cè)量技術(shù)及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時(shí)反聚焦峰值 的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)后，一類(lèi)基于應(yīng)力波探測(cè)原理的新型結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)以其采用應(yīng) 力波傳播的探測(cè)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受研究人員的青睞。應(yīng)力波傳播探測(cè)方式既克服了困擾其他 一些損傷探測(cè)方法許久的復(fù)雜媒質(zhì)穿透問(wèn)題，而且適合長(zhǎng)距離大型結(jié)構(gòu)的在線(xiàn)探測(cè)，逐漸 發(fā)展成為了近年結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。主動(dòng)應(yīng)力波作為應(yīng)力波傳播探測(cè)技術(shù)中一 種重要的探測(cè)模式目前已廣泛應(yīng)用于多各占結(jié)構(gòu)健康狀況診斷研究中，并特別適用于桿、 管等一類(lèi)長(zhǎng)距離大型特殊結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。目前，研究人員常常采用以主動(dòng)應(yīng)力波模式為主的 應(yīng)力波探測(cè)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻測(cè)試，求取結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)，然后根據(jù)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)計(jì) 算結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)能量譜，對(duì)結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)能量譜進(jìn)行積分可以求取結(jié)構(gòu)頻函數(shù)能量，由于 不同損傷狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)存在差異，因此可以以結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)能量表征結(jié)構(gòu)損傷狀 態(tài)。但在利用掃頻測(cè)試結(jié)果求取結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)時(shí)，需要分別將時(shí)域上的掃頻接收信號(hào) 和掃頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換求得幅頻特性表達(dá)式，并將接收信號(hào)幅頻特性表達(dá)式 與激勵(lì)信號(hào)幅頻特性表達(dá)式相除才能求得結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量較大。
[0003] 因此，建立一種滿(mǎn)足測(cè)試測(cè)量需求并能有效減小計(jì)算量的新型結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估方法 具有重要的研究意義和前瞻性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述中存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明提供了一種基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損 傷多峰值回歸評(píng)估方法。所述技術(shù)方案如下：
[0005] -種基于基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，包括：
[0006] 采用主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)被測(cè)無(wú)損結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻測(cè)試，得出結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲 線(xiàn).
[0007] 從結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中選取多個(gè)波峰頻率作為探測(cè)信號(hào)中心頻率；
[0008] 采用時(shí)間反演技術(shù)結(jié)合主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)，得出不同損傷 狀態(tài)下不同中心頻率時(shí)間反演聚焦信號(hào)的聚焦峰值；
[0009] 以這些不同中心頻率聚焦峰值作為自變量，以不同損傷狀態(tài)下測(cè)得的不同中心頻 率聚焦峰值作為自變量回歸樣本，以損傷狀態(tài)作為因變量，進(jìn)行多元一次線(xiàn)性回歸分析，得 出損傷狀態(tài)的回歸方程。
[0010] 在測(cè)試條件不變的情況下，根據(jù)回歸方程，上述方法能夠利用某損傷狀態(tài)下測(cè)得 的多個(gè)不同中心頻率聚焦峰值評(píng)估出當(dāng)前結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)。
[0011] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：
[0012] 通過(guò)結(jié)合時(shí)間反演技術(shù)和主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)損傷區(qū) 域的聚焦增強(qiáng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離大型結(jié)構(gòu)損傷的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；
[0013] 通過(guò)多峰值回歸方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的評(píng)估，減小計(jì)算復(fù)雜度；

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是基于時(shí)反聚集峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法流程圖；
[0015] 圖2是基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)模型圖；
[0016] 圖3是高鐵承力索損傷檢測(cè)案例圖。
[0017] 圖4是檢測(cè)案例中掃頻試驗(yàn)信號(hào)分析圖。
[0018] 圖5是檢測(cè)案例中不同中心頻率聚焦峰值與損傷狀態(tài)關(guān)系圖。
[0019]圖6是檢測(cè)案例中損傷回歸量與原始損傷狀態(tài)關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述：
[0021] 參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例提供了一種基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方 法，所述方法包括以下步驟：
[0022] 步驟10采用主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)被測(cè)無(wú)損結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻測(cè)試，得出結(jié)構(gòu)幅頻 響應(yīng)曲線(xiàn)。
[0023] 主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式表現(xiàn)為采用探測(cè)信號(hào)激勵(lì)發(fā)射換能器陣列，使之在結(jié)構(gòu)表面 激發(fā)探測(cè)應(yīng)力波，該應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)內(nèi)部與材料基體和損傷區(qū)域等相互作用后繼續(xù)傳播，到 達(dá)置于結(jié)構(gòu)另一端表面的用于接收透射應(yīng)力波的接收換能器陣列，并由該換能器陣列轉(zhuǎn)換 為接收信號(hào)。采用主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)被測(cè)無(wú)損結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻測(cè)試，分別將時(shí)域上的掃 頻接收信號(hào)和掃頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換求得頻域表達(dá)式，將接收信號(hào)頻域表達(dá)式 與激勵(lì)信號(hào)頻域表達(dá)式相除求得結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)。
[0024] 步驟20從結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中選取多個(gè)波峰頻率作為探測(cè)信號(hào)中心頻率。
[0025] 從結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中選取多個(gè)波峰頻率，選取依據(jù)是應(yīng)選擇頻譜響應(yīng)較高的幾 個(gè)波峰頻率作為探測(cè)信號(hào)中心頻率，且這些波峰頻率的分布應(yīng)能涵蓋結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中 響應(yīng)較高的頻帶范圍；
[0026] 步驟30采用時(shí)間反演技術(shù)結(jié)合主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)，得出 不同損傷狀態(tài)下不同中心頻率時(shí)間反演聚焦信號(hào)的聚焦峰值。
[0027] 時(shí)間反演技術(shù)使得探測(cè)信號(hào)能夠?qū)p傷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)聚焦增強(qiáng)檢測(cè)。采用時(shí)間反演技 術(shù)結(jié)合主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)時(shí)，探測(cè)信號(hào)激勵(lì)發(fā)射換能器陣列產(chǎn)生透 射應(yīng)力波，接收換能器陣列將透射應(yīng)力波轉(zhuǎn)換為接收信號(hào)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反演處理 后得到時(shí)反信號(hào)，利用時(shí)反信號(hào)重新激勵(lì)接收換能器陣列，使之產(chǎn)生時(shí)反應(yīng)力波，時(shí)反應(yīng)力 波經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)傳播重新傳播到原始發(fā)射換能器陣列處，發(fā)射換能器陣將感應(yīng)到的時(shí)反應(yīng)力波 轉(zhuǎn)換為聚焦信號(hào)。
[0028] 步驟40以這些不同中心頻率聚焦峰值作為自變量，以不同損傷狀態(tài)下測(cè)得的不 同中心頻率聚焦峰值作為自變量回歸樣本，以損傷狀態(tài)作為因變量，進(jìn)行多元一次線(xiàn)性回 歸分析，得出損傷狀態(tài)的回歸方程。
[0029] 采用多峰值一次線(xiàn)性回歸方法，得出損傷狀態(tài)的回歸方程。在測(cè)試條件不變的情 況下，根據(jù)回歸方程，所述方法能夠由某損傷狀態(tài)下測(cè)得的多個(gè)不同中心頻率聚焦峰值評(píng) 估出當(dāng)前結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)，減小計(jì)算復(fù)雜度。
[0030] 參見(jiàn)圖2,為基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)模型。為了簡(jiǎn)化分析，不妨忽略換 能器陣列單元的時(shí)域非線(xiàn)性響應(yīng)特性。設(shè)空間中有發(fā)射換能器陣列PZT A，有接收換能器 陣列PZT B。采用主動(dòng)應(yīng)力波模式進(jìn)行探測(cè)時(shí)，假設(shè)激勵(lì)PZT A的探測(cè)信號(hào)的頻域表達(dá)式為 X (ω)，PZT A至PZT B間的結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)時(shí)域表達(dá)式為Η(ω)，則PZT B的接收信號(hào)的時(shí)域 表達(dá)式為：
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征在于，所述方法包括： 采用主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)被測(cè)無(wú)損結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃頻測(cè)試，得出結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)； 從結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中選取多個(gè)波峰頻率作為探測(cè)信號(hào)中心頻率； 采用時(shí)間反演處理并結(jié)合主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)，得出不同損傷狀 態(tài)下不同中心頻率時(shí)間反演聚焦信號(hào)的聚焦峰值； 采用多峰值一次線(xiàn)性回歸方法，得到損傷狀態(tài)的回歸方程； 根據(jù)回歸方程，由損傷狀態(tài)下測(cè)得的多個(gè)不同中心頻率聚焦峰值評(píng)估當(dāng)前結(jié)構(gòu)損傷狀 態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，所述主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式為：采用探測(cè)信號(hào)激勵(lì)發(fā)射換能器陣列，使之在結(jié)構(gòu)表面激 發(fā)探測(cè)應(yīng)力波，該應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)內(nèi)部與材料基體和損傷區(qū)域相互作用后繼續(xù)傳播，到達(dá)置 于機(jī)構(gòu)另一端表面的用于接收透射應(yīng)力波的接收換能器陣列，并由換能器陣列轉(zhuǎn)換為接收 信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，利用所述掃頻測(cè)試求取結(jié)構(gòu)的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)時(shí)，需要分別將時(shí)域上的掃頻接收信號(hào) 和掃頻激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換求得幅頻特性表達(dá)式，將接收信號(hào)頻域表達(dá)式與激勵(lì) 信號(hào)頻域特性表達(dá)式相除求得結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，從所述結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中選取的多個(gè)波峰頻率是通過(guò)選擇頻譜響應(yīng)較高的幾個(gè)波 峰頻率作為探測(cè)信號(hào)中心頻率，且所述波峰頻率的分布涵蓋結(jié)構(gòu)幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中響應(yīng)高的 頻帶范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，所述探測(cè)信號(hào)選用五波峰正弦調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)為窄帶信號(hào)，所述中心頻率采用結(jié)構(gòu) 幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)中的不同波峰頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，所述時(shí)間反演處理結(jié)合主動(dòng)應(yīng)力波探測(cè)模式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)時(shí)，探測(cè)信號(hào)激勵(lì) 發(fā)射換能器陣列產(chǎn)生透射應(yīng)力波，接收換能器陣列將透射應(yīng)力波轉(zhuǎn)換為接收信號(hào)，對(duì)接收 信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反演處理后得到時(shí)反信號(hào)，利用時(shí)反信號(hào)重新激勵(lì)接收換能器陣列，使之產(chǎn) 生時(shí)反應(yīng)力波，時(shí)反應(yīng)力波經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)傳播重新傳播到原始發(fā)射換能器陣列處，發(fā)射換能器 陣列將感應(yīng)到的時(shí)反應(yīng)力波轉(zhuǎn)換為聚焦信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，以不同中心頻率聚焦峰值作為自變量，以不同損傷狀態(tài)下測(cè)得的不同中心頻率聚焦 峰值作為自變量回歸樣本，以損傷狀態(tài)作為因變量，進(jìn)行多元一次線(xiàn)性回歸分析，得出損傷 狀態(tài)的回歸方程。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時(shí)反聚焦峰值的結(jié)構(gòu)損傷多峰值回歸評(píng)估方法，其特征 在于，所述發(fā)射換能器陣列和接收換能器陣列均采用PZT換能器，PZT換能器能分別根據(jù)正 逆壓電效應(yīng)將透射應(yīng)力波轉(zhuǎn)化為接收電信號(hào)以及將激勵(lì)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為探測(cè)應(yīng)力波。
【文檔編號(hào)】G01N29/12GK104049036SQ201410310982
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】洪曉斌, 吳斯棟, 倪蕾 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)