基于主动激励的GIS盆式绝缘子损伤检测

GIS(Gas Insulated Substation)盆式绝缘子广泛应用于电力系统,长时间使用会产生结构损伤.本文提出了一种基于Lamb波的主动激励盆式绝缘子损伤监测方法,研究了Lamb波激励信号产生、Lamb波响应信号拾取及处理方法,设计了监测系统并进行了实验研究.实验结果表明本文提出的方法可以监测出盆式绝缘子表面深度为1 mm的微小裂纹以及盆式绝缘子表面微小附着物.     

碳纤维层合板Lamb波损伤检测的加权块稀疏成像法

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造过完备Lamb波散射的块稀疏字典;其次将测量得到的Lamb波散射信号在所构建的过完备字典下进行稀疏表示,将Lamb波损伤成像问题转化为加权l_1范数最小化的凸优化问题;最后通过谱梯度投影法,求解所建立的加权块稀疏凸优化模型,得到损伤散射信号在该字典下的稀疏表示系数并以此作为损伤指标,实现对被测结构的损伤成像。碳纤维层合板上的模拟损伤成像结果表明:所提方法在单损伤成像中的定位误差为3.16 mm,在双损伤成像中的最大定位误差为4.24 mm。实验验证了所提方法的有效性,与传统延迟叠加成像法的对比表明,所得损伤成像结果具有更高的分辨率,更小的伪点干扰,但同时也需要更大的计算量。     

基于波包能量的裂纹扩展监测实验研究

采用主动Lamb波监测技术对铝板结构中的疲劳裂纹扩展进行了实验研究.首先通过布置在结构中的压电片激发并采集Lamb波信号.然后分别把Lamb波信号的原始信号、信号包络及其特定尺度上的小波系数模值定义为波包,并建立了不同定义下波包能量的计算公式.将结构在裂纹扩展过程中传感器所接收的Lamb波So模式波包能量与健康状态下所得到的波包能量进行对比,得到每个裂纹扩展阶段的能量差,将其归一化后得到相应的裂纹损伤特征参数.最后通过实验分析得到该损伤特征参数与裂纹扩展程度之间的对应关系,从而揭示出Lamb波随裂纹扩展的变化规律.实验结果表明,利用上述方法所得到的裂纹损伤特征参数随裂纹扩展表现出特定的变化规律.该规律对于裂纹监测的进一步研究具有促进作用.     

非线性Lamb波结构疲劳损伤层析成像研究

由于现有的基于线性Lamb波的结构损伤监测方法对于疲劳微裂纹等微尺度损伤不敏感,近几年来对非线性Lamb波损伤监测技术的关注越来越多.对非线性Lamb波的基本理论进行了分析,根据具有累加效应的非线性Lamb波传播特点,研究了结构微尺度损伤的非线性Lamb波特征分析和提取方法,结合压电阵列方法,研究基于非线性Lamb波特征参数的结构损伤层析成像方法.在T6061铝合板材料上进行了实验验证,实验结果表明,当结构发生损伤时,非线性特征参数会显著增大,以此为特征可实现对模拟疲劳损伤的成像、定位和评估.     

主动Lamb波结构健康监测集成化系统研究

文中针对目前研究中广泛采用的分立式系统设备在应用中存在的实时性、互联性以及效率等方面的诸多问题,研究提出了基于标准化通用总线平台的模块化集成主动Lamb波结构健康监测系统.用总线平台的开放性,集成系统运行所需的硬件设备,并构建监测系统的软件平台;同时,研究了标准化压电传感器及其网络控制技术.对系统设计方案进行了设计验证和实验研究,实验结果表明,该系统具备良好的开放性、实时性和兼容性,基本满足在线主动Lamb波结构健康监测应用化要求.     

HHT在提取Lamb波特征参数中的应用

超声Lamb波被广泛用于薄板状结构的损伤检测,其频散特性为损伤信号特征参数的提取增加了难度,因此提出HHT方法对时域的Lamb波进行频域转换,以提取信号的能量和时间特征。首先,介绍了Lamb信号的特性及生成方式;其次,详细说明希尔伯特-黄变换(HHT)的实现方法及步骤,用Matlab进行了算法实现,获得Lamb波信号的Hilbert谱、瞬时能量密度谱和边际谱;最后,通过复合材料结构的损伤实验,分别对损伤前后的结构检测信号进行HHT变换,提取信号的能量参数和时间参数,对比分析证明HHT能有效提取损伤前后信号的能量衰减和时间延迟信息,为下一步进行损伤程度和位置的识别提供了数据依据。     

结构关键部位疲劳裂纹检测技术研究

本文基于朴素贝叶斯分类方法,对lamb波信号的时频特征进行分类,从而监测结构关键部位的损伤状态。利用小波变换对压电传感元件接收到的Lamb波信号进行时间频率域分析,提取与损伤状态对应的损伤指标;在此基础上利用朴素贝叶斯分类器进行损伤状态的分类,得到结构关键部位的裂纹长度。典型结构关键部位（如接头耳片）的实验研究结果表明文中方法的有效性。     

基于弹性波的碳纤维复合芯导线结构健康监测系统

碳纤维复合芯(ACCC)导线的结构不同于钢芯铝绞线(ACSR),传统的导线检测方法难以在ACCC导线上得到有效应用。为了保证电力系统运行的稳定性与可靠性,有必要对ACCC导线的结构健康进行快速、全面的检测。根据ACCC导线的结构与弹性波的传播特性,分析了弹性波的相速度、群速度及频散特性,采用虚拟仪器技术,提出了一种基于弹性波检测技术的ACCC导线结构健康监测系统。基于小波变换理论,分析了峰值到达时间的计算方法,研究了激励信号的波形、频率、幅值及波峰数的选择策略。根据弹性波的信号特征,进行了幅值衰减特性实验,研究了信号幅值随距离变化的规律与不同中心频率下的幅值变化特征,结果表明,激励信号的幅值在传播过程中随距离呈指数衰减。以ACCC/TW导线为实验对象,搭建实验平台,进行了损伤定位与损伤辨识,实验中定位的最大误差不超过4. 28 cm。通过比较损伤的实际位置与结构健康监测系统的输出结果,表明所研究的系统能够有效地对ACCC导线损伤进行定位并具有良好的精度。基于功率谱密度的分析方法,实验研究了不同频率和不同损伤条件下的信号特征。结果表明,通过分析功率谱密度曲线的特征,实现了对ACCC导线不同损伤状态的辨识。     

基于非线性Lamb波混频技术的复合板微裂纹方向识别研究

以非线性Lamb波混频技术为基础,对复合板中不同方向的微裂纹进行检测.采用数值模拟的方法,在三维复合板中通过提取和频分量,对Lamb波S0模态信号与微裂纹之间的非线性关系进行研究.利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,将微裂纹嵌入复合板模型的中心位置,并在板的四周加入混合人工吸收边界.在保持混频激励信号不变的情况下,改变复合板中微裂纹方向并对获得的时域信号进行傅里叶分析,之后利用和频边带和基频信号幅值,定义非线性参数β值并构造幅值比指向性图.仿真结果表明,随着板中裂纹方向的改变,Lamb波的散射方向也会发生改变,其传播路径满足反射定律,且前向散射信号的幅值比普遍大于后向散射的幅值比,与微裂纹方向垂直的接收信号幅值比最大.实验结果表明,该方法在误差允许的范围内成功实现了对任意微裂纹的方向识别.     

离散解析互相关的Lamb波频散特性估计方法

针对实验估计Lamb波频散特性需要借助传感器阵列或空间密集采样的问题,提出了一种基于离散解析互相关的频散特性估计方法。采用一发一收法,移动接收换能器在两个相邻位置采集Lamb波响应信号;计算两组响应信号之间以及原始激励信号与响应信号之间的离散解析互相关、估计欲知模态的群延迟和相延迟;在此基础上,求得该模态的群速度和相速度频散曲线。数值仿真和实验结果表明:当信噪比在15 dB以上时,离散解析互相关法估计A_0模态和S_0模态频散特性的最大相对误差在1%左右。该方法在待测结构几何参数和材料属性未知的情况下,仅需经过两次测试就可实现Lamb波频散特性的精确估计,测试和计算效率高,能够满足实际工程应用。     

基于Lamb波无基准方法的裂纹检测

传统的结构健康监测技术容易受到温度、振动噪音等与结构缺陷无关的因素影响.为了克服这一缺陷,发展了一种基于传递阻抗的无基准裂纹检测方法.该方法既不需要基准数据,也不需要损伤阈值,而是利用裂纹导致的Lamb波模式转换效应和PZT极化特性从两组并排的PZT元件间获取传递阻抗,通过比较传递阻抗的能量来判断裂纹是否存在.仿真和实验表明,该方法无需选择最优的激励频率和采样时间即可实现对裂纹的检测,具有较强的鲁棒性和适用性.     

基于Morlet小波结构健康监测中的时间延迟

在构建基于声发射的被动结构健康监测系统的基础上,采用铝板为实验材料,根据Lamb波在薄板材料中传播具有频散特性,计算出纵波速度和横波速度.采用LabVIEW软件记录初始信号和处理信号参数,通过LabVIEW和Matlab接口,由Matlab进行Morlet小波变换,通过等高线选择合理的能量频率,应用能量波峰来计算不同传感器接收到信号的时间延迟,使其能够用于结构损伤的精确定位.最后通过对GFRP和CFRP复合材料的监测验证了本系统的适用性.     

瞬态波在非均匀损伤混凝土介质中的传播

研究了瞬态波在非均匀损伤混凝土介质中的传播,将连续非均匀损伤混凝土介质进行分层均匀损伤的近似处理,利用波谱系数传递矩阵和信号处理手段,计算了3种典型损伤模型对近似脉冲输入信号的时域响应.计算结果表明,由于损伤的存在,将导致响应波的波幅增大,波形畸变,损伤越大,这种增大和畸变的影响程度越明显.     

基于兰姆波技术的液体密度声传感器

在考虑晶体的压电性和各向异性基础上,从声的波动理论出发,对叉指换能器在液体－压电晶片界面上兰姆波的激发理论及基性质进行了研究,分析了兰姆波对液体密度变化的敏感情况,提出了一种基于兰姆波技术的测量液体密度微小变化声传感器,根据传感器敏感液体的特点,对其进行实验分析,取得了较好的效果。实验结果表明,这种传感器具有良好的性能。     

激光激发瞬态Lamb波的实验检测与数值模拟

为研究板材中Lamb波的产生和传播特性，该文提出了采用光纤耦合反射式光束偏转技术进行探测的方法，讨论了这一测试方法对应的原理。进而用有限元方法对激光融蚀机制下激发的Lamb波的演变过程进行了数值模拟。所获得的实验结果与数值计算波形图基本一致，证明该文所提出的测试方法在激光超声检测领域具有应用价值。     

Lamb Wave Arrival Time Extraction Using Hilbert-Huang Transform for Improved Tomography Image

Travel time Lamb wave tomography has been shown to be an effective nondestructive evaluation (NDE) technique for plate-like structures.The methods used previously to extract arrival times of the fastest or multi Lamb wave modes are mostly based on various time-frequency methods such as Wigner-Ville distribution,short-time Fourier transform,and recently explored wavelet transform(WT).Frankly speaking,uses of these signal processing methods improve the accuracy of the arrival time extraction to a great extent...     

基于Lamb波混合成像算法的薄板结构损伤定位

针对传统椭圆法和双曲线法对结构损伤定位不精确的问题,提出了一种基于Lamb波的混合成像算法。该算法将椭圆法和双曲线法相结合,在使用相同数量传感器的条件下提高对信号数据的利用率,从而提高损伤定位的精度。通过有限元仿真对该算法进行验证,即建立一个无损伤模型和多个有损伤模型,模拟压电传感器以双面同相的激励方式获得单一模态的Lamb波,从而获得损伤的反射信号。用混合成像算法和传统椭圆法对仿真模型分别进行损伤定位。成像结果对比表明,混合成像算法对损伤的定位更精确,而且在结构有多处缺陷的情况下能检测到传统椭圆法无法识别出的损伤。     

图像合成在超声兰姆波层析成像中的应用

在兰姆波层析成像中, 由于数据采集系统结构的局限性,致使所得数据不完全,从而引起重建图像的质量下降.图像合成是一种重要的增强图像信息的方法.将图像合成技术引入兰姆波层析成像中,在不同换能器布置方式下对含缺陷板材进行采样,并利用联合迭代重建(SIRT)算法重建缺陷,然后使用均值合成、平方根均值合成和几何均值合成法分别对所获得的图像进行合成.实验结果显示,合成之后的图像视觉上更接近于缺陷的真实形状,而通过对图像质量参数的定量化分析进一步证实了合成之后的图像质量得到显著改善.