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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。
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第 38卷第 6期
2008年 11月
东 南 大 学 学 报
(自 然 科 学 版 )
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY(NaturalScienceEdition)
Vol38 No6
Nov.2008
基于 Morlet小波结构健康监测中的时间延迟
倪俊芳
1
奚立峰
2
钱志良
1
蒋祖华
2
(
1
苏州大学机电工程学院,苏州 215021)
(
2
上海交通大学机械工程学院,上海 200080)
摘要: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.
关键词:被动监测;时间延迟;小波变换;Lamb波
中图分类号:TM93;TH7 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2008)06109405
Timedelaybasedonmorletwaveletinstructuralhealthmonitoring
NiJunfang
1
XiLifeng
2
QianZhiliang
1
JiangZuhua
2
(
1
SchoolofMechatronics,SoochowUniversity,Suzhou215021,China)
(
2
SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200080,China)
Abstract:Thepassivestructuralhealthmonitoringsystemisbuiltbasedonthetheoryofacoustice
mission.Aluminum platesaretakenastheexperimentalmaterials
,andspeedsoflongitudinalwaves
andtransversalwavesarecalculatedaccordingtodispersionpropertiesoftheLambwavewhichprop
agatesinthethinplatematerials.Initialsignalsarerecordedandsignalparametersareprocessedby
LabVIEW software,MorletwavelettransformsareperformedbyMatlabsoftwarethroughtheinter
facebetweenLabVIEW andMatlab.Thereasonablepowerfrequencyisselectedfromcontourlines.
Energywavecrestareappliedtocalculatethetimedelayamongdifferentsensorssothatpositionsof
structuraldamagescanbelocatedaccurately.Theapplicabilityofthisstructuralhealthmonitoring
system isverifiedbymonitoringtwocompositesofGFRP
(glassfiberreinforcedpolymer)andCFRP
(carbonfiberreinforcedpolymer)atlast.
Keywords:passivemonitoring;timedelay;wavelettransform;Lambwave
收稿日期:20080104. 作者简介:倪俊芳(1968—),男,博士,副教授,jfni9999@sina.com.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50575154).
引文格式:倪俊芳,奚立峰,钱志良,等.基于 Morlet小波变换的结构健康监测中的时间延迟[J].东南大学学报:自然科学版,2008,38(6):
1094 1098.
结构健康监测的损伤定位研究中,目前一般多
采用成本较低的主动监测方式,但是对于大型航空
航天飞行器或建筑物等,若采用主动监测方式,需
要巨大的加载设备才能进行激励,在实际检测中很
难实施
[15]
.因此采用无需加载自然脉动的被动检
测方式,不仅可以有效地监测,而且也更符合“在
线监测”的理念
[67]
.然而被动监测费用高,环境激
励得到的响应信号的非平稳性和随机性等,使得对
损伤特征信号的分析与提取异常困难,因此选择合
适的信号处理方法显得尤为重要.
Lamb波监测是重要的声发射无损监测手段,
通过该信号完成损伤定位,同时将小波变换用于声
发射分析,大大提高了定位精度
[58]
.本文构建了
基于声 发 射 的被 动 监 测系 统,通过 传 感 器获 取
Lamb波信号,使用 Morlet小波变换得到波形图,
再利用能量波峰法来求出时间延迟,从而达到结构
损伤的精确定位.
1 Lamb波传播理论
Lamb波是板材厚度与透入的声波波长相当
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