基于时间反转的直升机结构损伤成像算法

复合材料在直升机结构中大量应用,为了提高直升机服役过程中的安全性,在直升机尾桁结构上采用基于时间反转的导波结构健康监测方法进行损伤成像算法研究。阐述了基于时间反转的损伤成像方法步骤,利用Matlab软件平台编写了损伤成像算法程序,并利用在尾桁结构件上采集的信号数据进行损伤成像方法验证。实验选取多个模拟损伤测试点进行多次损伤诊断,均能得到误差不超过20 mm的损伤定位结果,可以满足直升机结构健康监测地面实验分析的需要。     

基于圆形压电阵列的主动Lamb波损伤成像监测研究

对主动Lamb波结构健康监测中的压电阵列技术进行了研究。分析了传统的矩阵式压电阵列在应用中存在的问题,基于回声式原理研究设计了圆形压电阵列方法,分析了该方法的特点和信号采集过程,结合时间反转成像技术,实现对损伤的监测,实验结果表明:该方法能克服传统矩阵式压电阵列在应用中存在的监测范围、信号监测能力差异等问题,最后分析了圆形压电阵列还存在的问题。     

基于时间反转聚焦的声发射源定位算法

声发射检测可以判断损伤的活性和严重性而被广泛应用,但对损伤位置仍没有更准确的定位方法。提出一种基于时间反转理论的声发射源准确定位的方法。根据声发射被动监测的特点,研究采用时间反转聚焦方法使声发射信号能量叠加放大,提高信号的信噪比,并分析推导了具体损伤声源信号时间反转聚焦增强过程;利用时间反转对声发射源的自适应聚焦能力,重建信号传播波动图,通过信号聚焦显示出损伤声源位置和区域;最后通过数值仿真对该方法进行验证,仿真结果表明能有效提高损伤声源信号的能量,能够对检测区域的信号重建,并通过显示准确给出损伤声源位置,定位精度较常规时差定位法有较大提高。     

基于压电阻抗技术的结构初始裂纹监测研究

针对工程结构早期裂纹损伤,提出了利用压电阻抗法检测损伤区域高频局部动力学特性,通过监测局部动力学特性变化实现对早期损伤监测的方法。建立了压电阻抗有限元仿真模型并进行数值分析,结果显示压电导纳信号峰值频率即为结构某阶谐振频率,压电阻抗法能有效检测结构的动力学特性。针对不同大小裂纹的铝梁结构进行压电导纳仿真和试验研究,仿真和试验结果表明:压电材料的导纳峰值频率随着裂纹损伤增大而减小;同样的损伤程度下,高频谐振频率对损伤更为敏感。利用高频谐振频率变化来监测早期裂纹损伤的产生及发展,具有较好的重复性和信噪比,具有重要的应用前景。     

基于压电阻抗技术的螺栓松动检测试验研究

针对工程结构中螺栓松动问题,采用万能试验机对螺栓联接结构进行加载模拟螺栓预紧力的变化,在不同螺栓预紧力作用下,测量螺栓联接结构上所安装的压电材料的阻抗变化,利用压电导纳实部均方根偏差(RMSD)对螺栓的松紧程度进行识别;分析损伤指标(RMSD)随预紧力变化的规律和压电材料安装位置及联接结构接触面粗糙度对损伤指标的影响。试验结果表明:在不同频率段和不同预紧力的作用下,随着预紧力的增大,损伤指标呈减小的趋势;压电材料的安装位置和接触面粗糙度对损伤指标测量结果均有一定的影响;损伤指标可以较准确地识别螺栓预紧力的变化。     

基于涡流阵列传感器的金属结构裂纹监测方案可行性研究

针对飞机金属螺栓孔连接结构疲劳裂纹的特点和实时监测的需求,提出了一种基于柔性平面的涡流阵列传感器,设计了疲劳裂纹扩展实时监测方案,搭建了疲劳裂纹监测实验系统。通过建立监测系统的三维有限元仿真模型,得到传感器工作时感应磁场和磁位矢量的分布规律,验证了监测方案的可行性。通过设计疲劳裂纹扩展试验,确定了涡流阵列传感器定量监测能力。等幅程序载荷谱作用下2A12—T4铝合金试件疲劳裂纹监测试验结果表明:提出的涡流阵列传感器能够有效定量监测裂纹的扩展,裂纹监测方案是可行的,监测精度达到1 mm。仿真结果表明:传感器在工作时磁矢量位的分布关于激励线圈导线中心对称,在激励线圈导线中间达到最大值,同时裂纹存在时感应通道归一化跨阻抗幅值比增大10%。     

航空结构健康监测的压电夹层设计

根据智能夹层思想和真实航空飞行器结构特点,研究了面向航空结构健康监测的压电夹层技术,并将该技术应用到了某无人机机翼盒段结构健康监测验证实验中。实验结果表明:压电夹层工作性能稳定,寿命长,压电元件的一致性良好,抗干扰、串扰能力较好,该技术对于结构健康监测技术实用化具有推动作用。     

基于机电阻抗法的复合材料层压板低速撞击损伤监测

由于复合材料结构对外部低速撞击非常敏感,易产生目视不可检的内部损伤,提出了基于机电阻抗(Electromechanical Impedance, EMI)技术的复合材料层压板低速撞击损伤实时在线监测方法。对复合材料层压板施加阶梯能量撞击,每次撞击后采集粘贴在复合材料结构表面的压电传感器阵列的电阻信号。随后提取谐振峰电阻(Resonant Peak Resistance, RPR)作为特征信号,对复合材料结构在不同撞击能量下的阻抗演化规律和损伤扩展进行表征。实验结果显示,基于EMI的RPR特征信号随撞击损伤的扩展逐步减小,且对撞击损伤的检测结果的重复性好。结果表明,此方法对低速撞击产生的微小损伤灵敏度较高,能够有效地反映复合材料层压板内部低速撞击损伤的扩展。     

一种新型的光纤准分布力传感阵列方式初探—适用于结构损伤监测

目前光纤传感器对材料与结构的损伤监测研究正为人们所关注,其中光纤传感阵列及其信号的神经网络处理是需要解决的关键技术问题.光纤传感阵列信号的神经网     

基于压电晶体传感器的椭圆损伤定位算法

压电晶体传感器作为激励部件可以在结构中产生高频弹性应力波,其同裂纹等局部损伤发生相互作用将产生波动的能量耗散、波形反射以及波形干涉等现象.利用附在金属板上的压电激励器在结构产生的高频弹性应力波,并通过嵌入或附着在结构中的压电传感器进行接收,提出了一种基于TDOA模型的椭圆损伤定位算法.利用该算法可以获得损伤部位坐标的显式表达式,并能够对损伤区域的大小做出估计.仿真计算结果和实验证明该算法能够提供实时的"主动"损伤检测手段,同时可以准确快速地对结构中可能存在的损伤进行定位.     

无方向数据采集的相控阵结构健康监测研究

超声相控阵结构健康监测过程中由于按角度扫描的数据采集持续时间长,结构损伤前后采集的数据易受环境和结构变化的影响,针对这一问题,提出无方向数据采集的相控阵结构健康监测成像定位方法。基于相控阵方法,对采集后数据根据发射和接收过程进行时间延迟的计算,然后将监测结果进行二维成像。该方法在玻璃纤维复合材料板结构上的实验研究证明,采用无方向数据采集的相控阵结构健康监测方法能够精确监测结构中损伤并对损伤进行清晰成像;并且该方法可以大大缩短监测时间,从而使监测过程不受环境条件变化的影响,为超声相控阵监测方法的工程化奠定基础。     

基于超声波虚拟相控阵列的气体泄漏成像方法

提出了一种基于虚拟相控阵列的气体泄漏成像方法,能够实现气体泄漏源的可视化定位。该方法首先利用扫描传感器分时采集泄漏源产生的声波信号,然后采用互功率谱和虚拟阵列信号处理技术对泄漏源进行定位。通过仿真讨论了各种因素对定位成像精度的影响,其中包括传感器的数量和阵元间距。在实验平台上进行气体泄漏源的检测和成像实验,验证了该方法的可行性和精确性。结果表明,该方法能够准确可靠地对气体泄漏源进行可视化成像。     

相控阵超声监测成像与直方图匹配图像增强实验研究

相控阵超声监测成像是通过控制Lamb波发射与接收的时间延迟而控制其指向,当特定方向的Lamb波指向结构中损伤时形成反射信号,由此监测结构中损伤;将监测结构扫描范围内不同方向上Lamb波信号的归一化幅值用二维灰度图像显示,实现结构损伤成像。由于相控阵监测所得原始图像并不完美,因此,利用直方图匹配图像增强方法对原始图像进行处理,通过划分损伤图像的灰度级、统计各灰度级的分布情况、计算各灰度级的概率密度函数,得到直方图匹配处理的最终灰度变换关系,利用原始图像与输出图像各灰度级的映射关系,修改原图像的灰度级,获得增强图像。该方法在铝板、玻璃纤维复合材料结构与碳纤维复合材料结构中进行实验分析,验证方法的正确性和有效性。     

基于时间反转的二阶段Wi-Fi室内定位方法

受Wi-Fi系统有限物理带宽限制,时间反转定位算法的定位精度难以得到提升。当定位范围较大时,在线定位阶段所需的匹配运算量更大,导致定位时间增长。针对上述问题,本文提出了一种基于时间反转的二阶段Wi-Fi室内定位方法。首先对接收信号强度和信道频率响应进行离线采集,利用接收信号强度和k近邻匹配算法进行位置粗估计,大致确定待测点所在范围。随后根据粗估计结果筛选原始指纹库,构建指纹库子集。在位置精估计阶段,计算待测点信道频率响应与指纹库子集中各参考点处信道频率响应的信号组合共振能量,通过最大值搜索寻找组合共振能量最大的参考点,将其坐标值作为位置估计结果。实验结果表明,所提算法相比于传统定位算法在精度和运行速度上有明显提升,在非直射环境下仍能保证较高的定位精度。     

高频相移压电石英凝血检测系统

使用33 MHz压电石英晶体作为传感元件,基于DDS固定频率激励与智能化相位响应,研制了一款高频相移压电石英传感系统.采用凝血试剂干粉修饰法制备了一次性血凝检测片,提出了一种基于微分数据处理方式监测凝血时间的新方法.与标准的凝血时间相比,该方法的测量误差低于10％,表明该系统具有即时检测凝血时间的潜力,为小型便携式血凝...     

基于匹配场和时间反转法的浅海声源定位研究

研究接收水听器位置失配问题,解决匹配场方法的定位精度.从射线理论模型出发,利用典型浅海波导环境对匹配场定位,应用于浅海声源建立符合匹配场需要的模型,才能达到最佳性能,并且需要大量的计算量.为了提高浅海远距离声源定位的精确度和处理速度,提出将时间反转法引入浅海声源定位研究,并进行仿真.仿真结果论证了方法不仅在环境模型失配的条件下比常规匹配场处理方法的定位准确率更高,而且在环境模型失配的条件下具有更强的稳定性.     

基于CCD图像的远距离定位技术

在足够远的距离上,物．最会成像在透镜的焦平面处,针对这一成像特点,本文提出一种基于光学成像的目标定位方法。计算机通过CCD摄像系统获取到目标的图像,对目标图像进行数字图像处理并计算出目标方位角和高度角,达到对目标定位的目的。通过对太阳的精确定位,验证了此定位方法的可行性,并分析了图像的几何畸变对此方法定位精度的影响。     

无线机电阻抗结构健康监测系统软件开发

机电阻抗技术是一种新兴的非参数结构健康监测方法,对结构局部微缺陷比较敏感;为了实现基于机电阻抗技术的结构健康监测,采用Visual C++和Matlab混合编程的方式设计和开发了系统监测软件;该软件用于控制现场的无线智能机电阻抗传感器进行数据采集,同时对测量数据进行处理,根据损伤评估算法评定结构健康状况;软件采用Visual C++编写系统人机交互界面和通信接口程序,采用Matlab编写数据处理和损伤评估算法,同时图形化输出运算结果;将两者的优势有机结合,从而缩短了软件的开发周期。     

基于嵌入式系统的分布式结构健康监测系统设计

结构健康监测意味着一个可靠的系统有能力监测和解释由于损伤引起的结构中相应的变化,结构健康监测技术的发展,要求能够对被监测对象进行在线实时监测;针对很多承受复杂力学环境的被监测结构,提出了一种基于嵌入式系统PC104的远程结构健康监测系统,对PC104的应用特点进行了描述,阐述了系统软、硬件的设计思想和具体实现,并基于串行通信技术,采用主从机模式构建了分布式无线远程监测系统,最终达到了远程监控的目的,实现了系统的在线实时监测。