专利名称：一种二维损伤定量化监测方法
技术领域：
本发明属于无损检测和结构健康监测技术，涉及一种二维损伤定量化监测方法。
背景技术：
在循环载荷以及多种极端环境的长期作用下，飞机及其他一些机械装备上的关键结构可能会出现损伤，如金属结构的腐蚀、变形，复合材料结构的脱层、脱粘等。这些损伤如不能及时地发现和维修会造成很大的安全隐患。目前的无损检测方法主要用一些外部设备对结构进行定期检测，在检测一些内部结构时常常需要对装备结构进行拆卸，这不仅会减少这些装备的服役时间，同时也会增加这些装备的维护成本。目前国际上关注较多的集成式结构健康监测方法，通过利用布设在结构上的传感器网络对损伤进行监测并及时给出结构的健康状态，从而降低飞机及其他机械装备的维护时间和成本。目前在损伤监测方面，国内外的科研人员已经取得了一定的进展，比如(I)利用相控阵方法可以定位出损伤的区域及尺寸，(2)通过传感器网络测量损伤前后的波能量可以判断出损伤的区域，进一步结合标定的方法可以给出损伤的尺寸信息等。然而在实际应用中，目前发展出的损伤尺寸定量化方法还存在着一定的不足。比如，如果对大量的结构都布置密集的相控阵网络，就会增加系统的重量，同时会增加电路布置及波信号处理的复杂性；而对于需要标定的方法而言，要对各种构型的复杂结构及不同位置、不同尺寸的损伤进行标定的话，实验的工作量将会非常巨大。因此，开发出一种能利用稀疏布置的传感器网络、不需要标定就能比较准确地给出损伤的位置和尺寸的监测方法是非常必要和有意义的。
发明内容
本发明的目的是提出一种传感器布置简单、系统重量小，且能准确地给出二维损伤的位置和尺寸的二维损伤定量化监测方法。本发明的技术方案是一种二维损伤定量化监测方法，其利用待测区域布置的传感器网络激励及接收波信号，通过分析传感器直接到达的波信号和由二维损伤边缘反射或散射的波信号，利用传感器自发自收模式形成圆形定位曲线，利用相邻传感器一发一收模式形成椭圆形定位曲线，所形成的圆形定位曲线以及椭圆形定位曲线相交所围成的内部区域为所确定的二维损伤区域。所述的二维损伤定量化监测方法，进一步包括如下步骤步骤一传感器网络布置在被测结构上布设4个传感器，所述的4个传感器构成传感器网络的基本网格，并测量传感器之间的距离；步骤二 波信号的激励及采集将波信号分别加载到传感器网络的4个传感器，相邻传感器形成一发一收模式，同时每个传感器形成自发自收模式，通过两种采集模式形成的定位曲线对损伤边缘进行定位，其中，自发自收模式给出的定位曲线是圆，如公式1所确定，一发一收模式给出的定位 曲线是椭圆，如公式2所确定
权利要求
1.一种二维损伤定量化监测方法，其特征在于利用待测区域布置的传感器网络激励及接收波信号，通过分析传感器直接到达的波信号和由二维损伤边缘反射或散射的波信号，利用传感器自发自收模式形成圆形定位曲线，利用相邻传感器一发一收模式形成椭圆形定位曲线，所形成的圆形定位曲线以及椭圆形定位曲线相交所围成的内部区域即为所确定的二维损伤区域。
2.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于，进一步包括如下步骤步骤一传感器网络布置在被测结构上布设4个传感器，所述的4个传感器构成传感器网络的基本网格，测量传感器之间的距离；步骤二 波信号的激励及采集将波信号分别加载到传感器网络的4个传感器,相邻传感器形成一发一收模式，同时每个传感器形成自发自收模式，通过两种采集模式形成的定位曲线对损伤边缘进行定位, 其中，自发自收模式给出的定位曲线是圆，如公式I所确定，一发一收模式给出的定位曲线是椭圆，如公式2所确定
3.根据权利要求1或2所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于将用定位曲线得到的损伤区域进行积分得到二维损伤的面积。
4.根据权利要求3所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于采用结构没有损伤时的波信号作为基准波信号，然后用当前测得的含损伤的波信号减去基准波信号得到损伤波信号。
5.根据权利要求4所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于选用经由损伤边缘最先抵达接收传感器的波信号波群计算波的飞行时间。
6.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于根据不同结构对要监测出的最小损伤大小以及监测精度的不同，灵活选择某个传感器网格所用的传感器数量，传感器数目为五个或六个或更多。
7.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于在取基准波信号与当前波信号时，环境温度的差别小于摄氏3度。
8.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于在取基准波信号与当前波信号时，结构的载荷条件基本相同。
9.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于在取基准波信号与当前波信号时，结构的噪声环境基本相同。
10.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于二维形式的损伤包括但不限于金属材料的腐蚀、变形，复合材料结构的脱层、脱粘。
11.根据权利要求1所述的二维损伤定量化监测方法，其特征在于所述传感器包括但不限于压电陶瓷传感器。
全文摘要
本发明属于无损检测和结构健康监测技术，涉及一种二维损伤定量化监测方法。本发明利用待测区域布置的传感器网络激励及接收波信号，利用传感器自发自收定位模式形成圆形定位曲线，利用相邻传感器一发一收定位模式形成椭圆形定位曲线。这些圆形定位曲线以及椭圆形定位曲线相交所围成的内部区域就是本发明所确定的二维损伤的边缘位置。用定位曲线得到的损伤区域进行积分即可得到二维损伤的面积，实现定量化监测。相比于现有技术，本发明不仅可以给出二维损伤位置，还可更进一步快速准确地给出损伤面积的大小，而且传感器布置简单，不需要标定，可大大地减少大型装备结构检查维护的成本、增加结构的安全性。
文档编号G01N29/07GK102998369SQ20121048942
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者杜朝亮, 王奕首, 卿新林 申请人:中国商用飞机有限责任公司, 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心