基于超声导波的损伤分类识别方法、装置、系统及介质

本发明涉及传感器。尤其涉及一种基于超声导波的损伤分类识别方法、装置、系统及介质。

背景技术：

1、近年来，蜂窝夹层结构因为其高比强度、高比刚度和高能量吸收能力，广泛应用于车辆、航空航天与航海等领域。例如b-58轰炸机使用蜂窝夹层板的面积占整机面积的85％以上，而自20世纪80年代起，蜂窝板在航天器上的使用愈加广泛。而在建筑方面，蜂窝夹层结构亦有应用，主要用于冷库建筑和轻钢建筑的屋面、墙面等。

2、从蜂窝板使用场景可以看出，蜂窝结构通常用于重要工程结构(尤其是关键部位)中。如果蜂窝板存在缺陷，例如由于蒙皮与蜂窝芯脱粘或粘接强度未达到设计要求或在使用过程中降低，就有可能引发灾难性事故。蒙皮与蜂窝芯子的脱粘是最为常见的缺陷，通常受人为错误、固化不当、过载、湿气侵入以及其他因素的影响。这类损伤比较隐蔽，无法通过人工视觉进行检查，所以利用无损检测方法对蜂窝结构的脱粘情况进行有效判断是十分必要的。如何通过无损检测的方法较好地实现蜂窝结构损伤量化与分类识别，是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于超声导波的损伤分类识别方法、装置、系统及介质。以解决通过无损检测的方法较好地实现蜂窝结构损伤量化与分类识别的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于超声导波的损伤分类识别方法，用于蜂窝夹层中蒙皮与蜂窝芯子损伤的分类识别，向所述蒙皮的第一位置发射导波激励信号，包括：

3、获取所述蒙皮的第二位置的导波接收信号；

4、将所述导波接收信号定义为直达波和相应的尾波的叠加，提取所述导波接收信号中的所述直达波和所述尾波，其中，所述直达波为导波激励信号直接在第一位置激励产生的未经折射、反射而到达第二位置的波，所述尾波则为直达波以外的波形；

5、基于所述直达波和所述尾波分别与对应的基准信号比较融合，得到损伤指数；

6、基于所述损伤指数确定损伤分类。

7、进一步的，基于所述直达波和所述尾波分别与对应的基准信号比较融合，得到损伤指数，具体包括：计算所述直达波的局部平均功率得到函数eidirect；计算所述尾波的局部平均功率得到函数eicoda；

8、将所述函数eidirect以及所述函数eicoda分别与基准信号比较并融合，得到损伤指数，其中，所述基准信号为eidirect+eicode。

9、进一步的，将所述导波接收信号定义为直达波和相应的尾波的叠加，具体为：

10、将所述导波接收信号定义为：其中，r(t)为所述导波接收信号，m为lamb波模态数，p为蜂窝芯子中波反射数，am(t)为m模态直达波，cm,p(t)——m模态在p次反射后形成的尾波；

11、所述尾波用第一个到达的波的垂直反射来表示：式中am.p为反射系数，h为芯子高度，m为lamb波模态数，p为蜂窝芯子中波反射数，vcore为波在蜂窝芯子中的传播速度，tp为因蜂窝芯子中传播产生的时间偏移。

12、进一步的，所述提取所述导波接收信号中的直达波与尾波，具体包括：找到所述尾波的时间区间和所述直达波的时间区间：

13、

14、其中：d为第一位置与第二位置之间的距离，cg为导波的群速度，te为激励信号持续时间，tp为导波在蜂窝芯子中的传递时间；

15、基于尾波的时间区间和所述直达波的时间区间，提取所述导波接收信号中的直达波rdirect(t)与尾波rcoda(t)：

16、

17、式中h(t)为阶跃函数，r(t)为所述导波接收信号。

18、进一步的，所述计算所述直达波的局部平均功率得到函数eidirect；计算所述尾波的局部平均功率得到函数eicoda，具体包括：

19、

20、其中：lpsd(f)＝∫trv(t)e-2πftdt，其中t为尾波的时间区间(td，tc)，rv(t)为时间的自相关函数；

21、为td时间点的损伤后功率谱密度；为td时间点的损伤前功率谱密度；为tc时间点的损伤后功率谱密度；为tc时间点的损伤前的功率谱密度；

22、所述将所述函数eidirect以及所述函数eicoda分别与基准信号比较并融合，得到损伤指数di，其中，所述基准信号为eidirect+eicoda：

23、

24、进一步的，所述导波激励信号为经汉宁窗调制的五周期正弦信号。

25、进一步的，基于所述损伤指数确定损伤分类，具体包括：判断所述损伤指数是否在预设阈值范围，若是，则所述损伤分类为孔洞损伤，否则所述损伤分类为脱粘损伤。

26、第二方面，本发明还涉及一种基于超声导波的损伤分类识别系统，用于蜂窝夹层中蒙皮与蜂窝芯子脱粘损伤的分类识别，所述蜂窝夹层上设置有导波激励传感器以及导波接收传感器，包括：

27、信号接收单元：用于获取所述导波接收传感器的导波接收信号；

28、直达波与尾波提取单元，用于将所述导波接收信号定义为直达波和相应的尾波的叠加，提取所述导波接收信号中的所述直达波和所述尾波，其中，所述直达波为导波激励信号直接产生的未经折射、反射而到达第二位置的波，所述尾波则为直达波以外的波形；

29、损伤指数确定单元，用于基于所述直达波和所述尾波分别与所述基准信号比较融合，得到损伤指数；

30、损伤分类识别单元，用于基于损伤指数确定损伤分类。

31、第三方面，本发明还涉及一种基于超声导波的损伤分类识别系统，包括导波激励传感器、导波接收传感器、信号收发器以及控制中心，所述控制中心用于执行上述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，所述导波激励传感器向所述蒙皮的第一位置发射导波激励信号，所述导波激励传感器设置于所述蒙皮的第二位置接收所述导波接收信号，所述信号收发器的信号输出端与所述导波激励传感器连接，所述信号收发器的信号输入端与所述导波接收传感器连接，所述信号收发器的接收信号输出端连接所述控制中心。

32、第四方面，本发明还涉及一种计算机存储介质，存储介质中存储有指令，所述指令运行时执行如上述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法。

33、本发明提出的一种基于超声导波的损伤分类识别方法、装置、系统及介质，将导波接收信号视为直达波和相应的尾波的叠加，并提取直达波和尾波，基于损伤后信号与基准信号的比较，设计一种新的损伤指数，并基于该损伤指数，本专利设计的损伤指数较好地实现损伤量化与分类，对后续损伤评估与维护提供了有效数据支持与技术指导。

技术特征：

1.一种基于超声导波的损伤分类识别方法，用于蜂窝夹层中蒙皮与蜂窝芯子损伤的分类识别，向所述蒙皮的第一位置发射导波激励信号，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，其特征在于：基于所述直达波和所述尾波分别与对应的基准信号比较融合，得到损伤指数，具体包括：计算所述直达波的局部平均功率得到函数eidirect；计算所述尾波的局部平均功率得到函数eicoda；

3.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，其特征在于：将所述导波接收信号定义为直达波和相应的尾波的叠加，具体为：

4.根据权利要求1或3所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，其特征在于：所述提取所述导波接收信号中的直达波与尾波，具体包括：找到所述尾波的时间区间和所述直达波的时间区间：

5.根据权利要求2所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，其特征在于，所述计算所述直达波的局部平均功率得到函数eidirect；计算所述尾波的局部平均功率得到函数eicoda，具体包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，其特征在于，所述导波激励信号为经汉宁窗调制的五周期正弦信号。

7.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，其特征在于，所述基于所述损伤指数确定损伤分类，具体包括：判断所述损伤指数是否在预设阈值范围，若是，则所述损伤分类为孔洞损伤，否则所述损伤分类为脱粘损伤。

8.一种基于超声导波的损伤分类识别装置，用于蜂窝夹层中蒙皮与蜂窝芯子脱粘损伤的分类识别，向所述蒙皮的第一位置发射导波激励信号，其特征在于，包括：

9.一种基于超声导波的损伤分类识别系统，其特征在于，包括导波激励传感器、导波接收传感器、信号收发器以及控制中心，所述控制中心用于执行如权利要求1-7中任一项所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法，所述导波激励传感器向所述蒙皮的第一位置发射导波激励信号，所述导波解锁传感器设置于所述蒙皮的第二位置接收所述导波接收信号，所述信号收发器的信号输出端与所述导波激励传感器连接，所述信号收发器的信号输入端与所述导波接收传感器连接，所述信号收发器的接收信号输出端连接所述控制中心。

10.根据权利要求1所述的一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储介质中存储有指令，所述指令运行时执行如权利要求1-7中任一项所述的一种基于超声导波的损伤分类识别方法。

技术总结
本发明涉及了一种基于超声导波的损伤分类识别方法、装置、系统及介质，一种基于超声导波的损伤分类识别方法，用于蜂窝夹层中蒙皮与蜂窝芯子脱粘损伤的分类识别，向蒙皮的第一位置发射导波激励信号，包括：获取蒙皮的第二位置的导波接收信号；将导波接收信号定义为直达波和相应的尾波的叠加，提取所述导波接收信号中的直达波和所述尾波；基于直达波和尾波分别与基准信号比较融合，得到损伤指数；基于损伤指数确定损伤分类。本发明能够提取直达波和尾波，基于损伤后信号与基准信号的比较，设计一种新的损伤指数以确定损伤分类，可实现对损伤评估与维护提供了有效数据支持与技术指导。

技术研发人员：路玲玲,丁泽群,宋宏伟,杜文琦,乐杰,于明愷
受保护的技术使用者：中国科学院力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14