技术特征：
1.一种阵列式超声导波仪，其特征在于，包括主控模块和传感器模组；所述主控模块，用于生成并发送选取信号和入射波信号至所述传感器模组；所述传感器模组，包括多个传感器模块，用于根据所述选取信号从所述传感器模组中选取一个所述传感器模块作为发射传感器模块，余下的所述传感器模块作为接收传感器模块；所述发射传感器模块，用于将所述入射波信号转化为能够在待测结构中传输的超声波；所述接收传感器模块，用于将超声导波转换为超声导波信号，并将所述超声导波信号传输至所述主控模块；其中，所述超声导波由所述超声波在所述待测结构中不断叠加而成；所述主控模块，还用于将n-1组所述超声导波信号整理成所述待测结构的波形信息矩阵；其中，n为所述传感器模块的个数，n-1组所述超声导波信号分别对应n-1个接收传感器模块。2.根据权利要求1所述的一种阵列式超声导波仪，其特征在于，所述传感器模块包括压电换能器和固定装置；所述压电换能器，用于将所述入射波信号转换为所述超声波；所述固定装置，用于将所述压电换能器固定在所述待测结构上，且所述压电换能器设置于所述固定装置和所述待测结构之间。3.根据权利要求2所述的一种阵列式超声导波仪，其特征在于，所述传感器模块还包括压力传感器，所述压力传感器设置于所述固定装置和所述压电换能器之间，用于测量所述传感器模块与所述待测结构的接触压力。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种阵列式超声导波仪，其特征在于，所述主控模块包括控制器、发生器、接收器和滤波器；所述控制器，用于发送所述选取信号和所述入射波信号至所述发生器；所述发生器，用于将所述入射波信号和所述选取信号传递至所述发射传感器模块；所述滤波器，用于过滤所述超声导波信号中的噪声，并将过滤后的所述超声导波信号传输至所述接收器；所述接收器，用于接收所述滤波器传输的所述超声导波信号，并整理成所述波形信息矩阵。5.一种钢结构损伤监测系统，其特征在于，包括超声导波数据监测系统以及如权利要求1-4中任意一项所述的阵列式超声导波仪；所述阵列式超声导波仪，用于生成待测钢结构的所述波形信息矩阵；所述超声导波数据监测系统，用于根据所述波形信息矩阵获取所述待测钢结构的损伤特征参数；所述超声导波数据监测系统包括：获取模块，用于根据所述波形信息矩阵获取波形信息差异，所述波形信息差异为同一个所述传感器模块在不同时刻获取的所述超声导波信号的差异信息，包括波形的频率、振幅、相位和差异度系数；识别模块，用于将所述差异信息输入至预先训练好的递归神经网络中，以获取所述待
测钢结构的损伤特征参数，包括损伤状态、损伤位置、损伤大小和损伤角度。6.根据权利要求5所述的一种钢结构损伤监测系统，其特征在于，所述超声导波数据监测系统还包括数字孪生模块，所述数字孪生模块用于根据所述损伤特征参数建立数值仿真模型，所述数值仿真模型包括相互映射的力学模型和超声导波模型；所述超声导波模型，用于评估所述待测钢结构的损伤情况，并将所述损伤情况映射到所述力学模型中；所述力学模型，用于评估所述待测钢结构的力学特性，还用于根据所述损伤情况更新所述待测钢结构的力学特性，更新后的所述力学特性传输至所述超声导波模型以更新所述超声导波模型的传播特性。7.根据权利要求5所述的一种钢结构损伤监测系统，其特征在于，所述超声导波数据监测系统还包括概率预测模块，所述概率预测模块根据所述损伤特征参数采用损伤力学和长短时记忆深度神经网络模型预测所述待测钢结构在监测区域内出现损伤的损伤概率；所述监测区域为所述待测钢结构安装有所述阵列式超声导波仪的区域。8.根据权利要求7所述的一种钢结构损伤监测系统，其特征在于，所述概率预测模块还用于根据所述损伤概率预测所述待测钢结构的总损伤特征，根据所述总损伤特征构建多环境时间相似理论建立区域概率分布数值模型，并根据所述多环境时间相似理论建立区域概率分布数值模型对所述待测钢结构未安装所述阵列式超声导波仪的其他区域进行损伤预测。9.一种钢结构损伤监测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待测钢结构的波形信息矩阵，所述波形信息矩阵由如权利要求1-4中任意一项所述的一种阵列式超声导波仪生成，所述波形信息矩阵为：其中，i=1、2、3
…
n，j=1、2、3
…
n，n表示传感器模组中传感器模块的个数，表示当第i个传感器模块作为发射传感器模块时，第j-1个传感器模块作为接收传感器模块接收到的波形信息；根据所述波形信息矩阵获取波形信息差异，所述波形信息差异为同一个所述传感器模块在不同时刻获取的所述超声导波信号的差异信息，包括波形的频率、振幅、相位和差异度系数；
将所述波形信息差异输入至预先训练好的递归神经网络中，以获取所述待测钢结构的损伤特征参数，包括损伤状态、损伤位置、损伤大小和损伤角度。10.根据权利要求9所述的一种钢结构损伤监测方法，其特征在于，还包括评估步骤，所述评估步骤用于根据损伤特征参数评估所述待测钢结构的力学特性以及所述待测钢结构的损伤情况。
技术总结
本发明公开了一种阵列式超声导波仪、钢结构损伤监测系统及方法，其中钢结构损伤监测系统包括超声导波数据监测系统阵列式超声导波仪；阵列式超声导波仪，用于生成波形信息矩阵；超声导波数据监测系统，用于根据波形信息矩阵判断钢结构是否损伤；超声导波数据监测系统包括：获取模块，用于根据波形信息矩阵获取波形信息差异，波形信息差异为同一个传感器模块在不同时刻获取的波形信息的差异值，包括频率差异、幅值差异和相位差异；识别模块，用于将波形信息差异输入至预先训练好的递归神经网络中，获取钢结构的损伤结果。本发明的目的在于提供一种阵列式超声导波仪、钢结构损伤监测系统及方法，实现对钢结构整体健康状态的监测和预警。警。警。
技术研发人员：崔闯 张登科 张清华 徐一鸣 陈杰 李镇 王强 沈孔健 邱师津 宋松科
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2022.05.10
技术公布日：2022/6/10