專利名稱：一種二維損傷定量化監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無損檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，涉及一種二維損傷定量化監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
在循環(huán)載荷以及多種極端環(huán)境的長期作用下，飛機(jī)及其他一些機(jī)械裝備上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)損傷，如金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕、變形，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的脫層、脫粘等。這些損傷如不能及時地發(fā)現(xiàn)和維修會造成很大的安全隱患。目前的無損檢測方法主要用一些外部設(shè)備對結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢測，在檢測一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)時常常需要對裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆卸，這不僅會減少這些裝備的服役時間，同時也會增加這些裝備的維護(hù)成本。目前國際上關(guān)注較多的集成式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法，通過利用布設(shè)在結(jié)構(gòu)上的傳感器網(wǎng)絡(luò)對損傷進(jìn)行監(jiān)測并及時給出結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，從而降低飛機(jī)及其他機(jī)械裝備的維護(hù)時間和成本。目前在損傷監(jiān)測方面，國內(nèi)外的科研人員已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，比如(I)利用相控陣方法可以定位出損傷的區(qū)域及尺寸，(2)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)測量損傷前后的波能量可以判斷出損傷的區(qū)域，進(jìn)一步結(jié)合標(biāo)定的方法可以給出損傷的尺寸信息等。然而在實(shí)際應(yīng)用中，目前發(fā)展出的損傷尺寸定量化方法還存在著一定的不足。比如，如果對大量的結(jié)構(gòu)都布置密集的相控陣網(wǎng)絡(luò)，就會增加系統(tǒng)的重量，同時會增加電路布置及波信號處理的復(fù)雜性；而對于需要標(biāo)定的方法而言，要對各種構(gòu)型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及不同位置、不同尺寸的損傷進(jìn)行標(biāo)定的話，實(shí)驗(yàn)的工作量將會非常巨大。因此，開發(fā)出一種能利用稀疏布置的傳感器網(wǎng)絡(luò)、不需要標(biāo)定就能比較準(zhǔn)確地給出損傷的位置和尺寸的監(jiān)測方法是非常必要和有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種傳感器布置簡單、系統(tǒng)重量小，且能準(zhǔn)確地給出二維損傷的位置和尺寸的二維損傷定量化監(jiān)測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種二維損傷定量化監(jiān)測方法，其利用待測區(qū)域布置的傳感器網(wǎng)絡(luò)激勵及接收波信號，通過分析傳感器直接到達(dá)的波信號和由二維損傷邊緣反射或散射的波信號，利用傳感器自發(fā)自收模式形成圓形定位曲線，利用相鄰傳感器一發(fā)一收模式形成橢圓形定位曲線，所形成的圓形定位曲線以及橢圓形定位曲線相交所圍成的內(nèi)部區(qū)域?yàn)樗_定的二維損傷區(qū)域。所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，進(jìn)一步包括如下步驟步驟一傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在被測結(jié)構(gòu)上布設(shè)4個傳感器，所述的4個傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)格，并測量傳感器之間的距離；步驟二 波信號的激勵及采集將波信號分別加載到傳感器網(wǎng)絡(luò)的4個傳感器，相鄰傳感器形成一發(fā)一收模式，同時每個傳感器形成自發(fā)自收模式，通過兩種采集模式形成的定位曲線對損傷邊緣進(jìn)行定位，其中，自發(fā)自收模式給出的定位曲線是圓，如公式1所確定，一發(fā)一收模式給出的定位 曲線是橢圓，如公式2所確定
權(quán)利要求
1.一種二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于利用待測區(qū)域布置的傳感器網(wǎng)絡(luò)激勵及接收波信號，通過分析傳感器直接到達(dá)的波信號和由二維損傷邊緣反射或散射的波信號，利用傳感器自發(fā)自收模式形成圓形定位曲線，利用相鄰傳感器一發(fā)一收模式形成橢圓形定位曲線，所形成的圓形定位曲線以及橢圓形定位曲線相交所圍成的內(nèi)部區(qū)域即為所確定的二維損傷區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于，進(jìn)一步包括如下步驟步驟一傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在被測結(jié)構(gòu)上布設(shè)4個傳感器，所述的4個傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)格，測量傳感器之間的距離；步驟二 波信號的激勵及采集將波信號分別加載到傳感器網(wǎng)絡(luò)的4個傳感器,相鄰傳感器形成一發(fā)一收模式，同時每個傳感器形成自發(fā)自收模式，通過兩種采集模式形成的定位曲線對損傷邊緣進(jìn)行定位, 其中，自發(fā)自收模式給出的定位曲線是圓，如公式I所確定，一發(fā)一收模式給出的定位曲線是橢圓，如公式2所確定
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于將用定位曲線得到的損傷區(qū)域進(jìn)行積分得到二維損傷的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于采用結(jié)構(gòu)沒有損傷時的波信號作為基準(zhǔn)波信號，然后用當(dāng)前測得的含損傷的波信號減去基準(zhǔn)波信號得到損傷波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于選用經(jīng)由損傷邊緣最先抵達(dá)接收傳感器的波信號波群計(jì)算波的飛行時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于根據(jù)不同結(jié)構(gòu)對要監(jiān)測出的最小損傷大小以及監(jiān)測精度的不同，靈活選擇某個傳感器網(wǎng)格所用的傳感器數(shù)量，傳感器數(shù)目為五個或六個或更多。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于在取基準(zhǔn)波信號與當(dāng)前波信號時，環(huán)境溫度的差別小于攝氏3度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于在取基準(zhǔn)波信號與當(dāng)前波信號時，結(jié)構(gòu)的載荷條件基本相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于在取基準(zhǔn)波信號與當(dāng)前波信號時，結(jié)構(gòu)的噪聲環(huán)境基本相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于二維形式的損傷包括但不限于金屬材料的腐蝕、變形，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的脫層、脫粘。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維損傷定量化監(jiān)測方法，其特征在于所述傳感器包括但不限于壓電陶瓷傳感器。
全文摘要
本發(fā)明屬于無損檢測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，涉及一種二維損傷定量化監(jiān)測方法。本發(fā)明利用待測區(qū)域布置的傳感器網(wǎng)絡(luò)激勵及接收波信號，利用傳感器自發(fā)自收定位模式形成圓形定位曲線，利用相鄰傳感器一發(fā)一收定位模式形成橢圓形定位曲線。這些圓形定位曲線以及橢圓形定位曲線相交所圍成的內(nèi)部區(qū)域就是本發(fā)明所確定的二維損傷的邊緣位置。用定位曲線得到的損傷區(qū)域進(jìn)行積分即可得到二維損傷的面積，實(shí)現(xiàn)定量化監(jiān)測。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不僅可以給出二維損傷位置，還可更進(jìn)一步快速準(zhǔn)確地給出損傷面積的大小，而且傳感器布置簡單，不需要標(biāo)定，可大大地減少大型裝備結(jié)構(gòu)檢查維護(hù)的成本、增加結(jié)構(gòu)的安全性。
文檔編號G01N29/07GK102998369SQ20121048942
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者杜朝亮, 王奕首, 卿新林 申請人:中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司, 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心