结构损伤指数映射的系统与方法技术方案

提供了一种检测和评估结构缺陷的系统和方法。存储的基准数据表示感测到的发射到无缺陷结构中的超声波。由多个耦合到该结构的致动器向该结构发射超声波。由该多个致动器向该结构发射的该超声波信号被多个传感器感测到，该传感器耦合到该结构并与该致动器空间隔开，从而产生和提供传感器数据。根据基准数据和传感器数据计算信号差分系数。将计算的信号差分系数空间映射以检测该结构内的一个或多个结构缺陷。

【技术实现步骤摘要】
结构损伤指数映射的系统与方法
本专利技术大体涉及结构健康监测，尤其是涉及结构缺陷的检测、定位和大小评估的方法和系统。
技术介绍
在许多行业，结构健康监测变得越来越重要。变得尤其重要的一个行业就是航空航天工业。这是因为，除其他因素外，在航空航天工业中，系统和组件的结构完整性可能导致飞行中关机、起飞中止、延误或者取消，所有这些都可引起显著的工业和消费者成本。一些目前已知的结构健康监测系统使用的是各种传感器阵列。这种阵列的使用，从数十到数百个传感器不等，具有一定的缺点。例如，每个传感器一个接一个的安装都需要大量人工和时间。当传感器被实现为相位阵列时，由于该阵列对传感器放置的不准确非常敏感，所以务必要确保每个传感器都在准确的位置上。而且，传感器布线相对复杂，传感器布线的长度、体积和重量很大。除上述外，已经开发了用于提供损伤映射可视化表示的各种数值方法，用于结构缺陷检测、定位和大小确定。在这些现有的数值方法中包括各种计算机断层扫描(CT)方法。目前已知的CT方法能够提供相对精确的缺陷图像，但是也相对耗时以及计算量庞大。而且，许多CT方法依赖于对监测区域的高密度覆盖。因此，在需要实时结构健康监测时，CT方法可能没用，因为稀疏的传感器阵列通常用于此种应用。存在用于使用稀疏传感器阵列的各种数值方法。这些方法通常基于由缺陷散射的波的探测，以及用于散射的空间映射的几何方法的使用。对于相对复杂的结构，由于诸如纵梁、加强筋、边框、孔、铆钉、螺栓等各种构件的存在，确定被缺陷反射的波是极有挑战性的，其中这些构件可能是背景反射的来源。有一种提出的数值方法没有这个缺点，其被称为RAPID算法(缺陷概率检查重建算法)。RAPID算法基于传感器/致动器对之间的直达路径内的基准信号和实际信号之间利用相关分析的信号差分评估。然而，RAPID算法也有它固有的一些缺点。例如，它对基准信号与实际信号之间的相位同步敏感。而且，如果某些参数没有设置在最佳值，基于RAPID算法产生的图像可能包含伪像(falseartifact)。由于传感器/致动器对之间的直达路径网络提供的非均匀覆盖，也可能导致产生这些伪像。因此，需要有一种没有上述缺点的系统和方法来实时检测、定位和评估结构缺陷大小。也就是说，不依赖于各传感器的精确定位和/或不依赖于相对复杂的、长的、体积庞大的和重的传感器布线，和/或对基准信号与实际信号之间的相位同步相对不敏感，和/或如果某些参数没有设置在最佳值不会产生包含伪像的图像的系统和方法。本专利技术解决了这些需求中的一个或多个。
技术实现思路
在一个实施例中，一种用于检测和评估结构缺陷的方法包括存储与结构相关联的基准数据。基准数据表示所感测到的发射到没有缺陷的该结构中的超声波。超声波从耦合到该结构的多个致动器发射到该结构中。利用多个传感器感测从多个致动器发射到该结构中的超声波，该多个传感器耦合到该结构，并与该致动器空间隔开，从而产生并提供传感器数据。根据基准数据与传感器数据计算信号差分系数。将计算的信号差分系数进行空间映射以检测结构中的一个或多个结构缺陷。在另一个实施例中，结构缺陷检测和评估系统包括多个第一传感器/致动器、多个第二传感器/致动器和处理器。第一传感器/致动器中每一个都适于耦合到结构，并且每一个被配置成有选择性地发射超声波到结构中。第二传感器/致动器中每一个都适于耦合到该结构，并且当耦合到该结构时，与每个第一传感器/致动器空间隔开。每个第二传感器/致动器被配置成有选择性地感测超声波并产生传感器数据，所述超声波从一个或多个第一传感器/致动器发射。处理器耦合来接收传感器数据，并配置成一旦接收到传感器数据就根据基准数据与传感器数据计算信号差分系数，该基准数据表示所感测到的发射到没有缺陷存在的该结构中的超声波，以及对计算的信号差分系数进行空间映射，以检测该结构中的一个或多个结构缺陷。在另外一个实施例中，结构缺陷检测和评估系统包括多个第一传感器/致动器，多个第二传感器/致动器，显示装置和处理器。每个第一传感器/致动器被安装在第一柔性印刷电路上并适于耦合到结构。每个第一传感器/致动器附加地配置成有选择性地发射超声波到该结构中。每个第二传感器/致动器被安装在第二柔性印刷电路上并适于耦合到该结构。当耦合到该结构时，每个第二传感器/致动器都与每个第一传感器/致动器空间隔开，并且每个都配置成选择性地感测从一个或多个第一传感器/致动器发射的超声波，并产生传感器数据。显示装置耦合来接收图像呈现显示命令，并被配置为一旦接收到图像呈现显示命令就选择性地呈现表示图像呈现显示命令的图像。处理器耦合来接收传感器数据，并被配置为一旦接收到传感器数据就根据传感器数据和基准数据计算信号差分系数，该基准数据表示所感测到的发射到没有缺陷存在的该结构中的超声波，对信号差分系数进行空间映射，以检测结构中的一个或多个结构缺陷，根据空间映射的信号差分系数生成损伤映射，并选择性地产生表示损伤映射的图像呈现显示命令。进一步，通过下面的详细描述和所附权利要求，结合附图和前面的
技术介绍
，该结构损伤指数映射系统和方法的其它期望特征和特点将更明显。附图说明本专利技术将结合下面的附图来描述，这里相同的附图标记表示相同的元素，其中：图1描绘的是结构缺陷检测和评估系统的示例实施例的功能框图；图2描绘的是可用于实现图1的系统的剪切压电传感器/致动器的一个实施例；图3是耦合到结构的图2的示例传感器/致动器的简化的截面图。图4描绘的是图2的传感器/致动器安装在其上的基板的一部分的简化的截面图；图5描绘的是多个传感器/致动器以线性阵列分布在其上的柔性印刷电路的一个实施例；图6描绘的是多个传感器/致动器以5x5矩阵型阵列分布在其上的柔性印刷电路的一个实施例；图7以流程图的形式描绘了由图1的系统执行来检测结构中是否存在一个或多个结构缺陷的过程。图8描绘的是示例损伤映射的图像，其可由图1的系统产生，并呈现在形成图1的系统的部分的显示装置上；图9描绘的是图1的系统执行来用于自动热点监测的特定过程示意表示；图10和图11描绘的是人工神经网络拓扑的不同实施例；图12描绘的是图1的系统执行来用于自动多缺陷监测的特定过程示意表示；图13描绘的是图1的系统执行的特定主分量分析(PCA)和图像分割过程的示意表示；以及图14描绘的是一个用于图13中PCA过程的输入矩阵。具体实施方式以下详细描述实际上仅仅是示例性的，并不意欲限制本专利技术或本专利技术的应用及使用。此处所用的词语“示例”意思是“作为一个例子、实例或例证”。因而这里所说的“示例”的任何实施例都不必认为比其它实施例更优选或更有利。这里所描述的所有实施例都是示例性实施例，用来使本领域的技术人员能够实施或使用本专利技术，而不限制权利要求所限定的本专利技术的范围。而且不受之前所述的
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技术介绍
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技术实现思路
或下述具体描述中明示或暗示的理论所约束。首先参考图1，示出了结构缺陷检测和评估系统的一个实施例的功能框图。所示系统100包含多个第一传感器/致动器102(102-1，102-2，102-3...，102-N)，多个第二传感器/致动器104(104-1，104-2，104-3...，104-N)，处理器106，以及显示装置108。第一传感器/致动器102和第二传感器/致动器104适于耦合到结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测和评估结构缺陷的方法，包括步骤：存储与结构相关联的基准数据，该基准数据表示感测到的发射到没有缺陷的该结构中的超声波；从耦合到该结构的多个致动器发射超声波到该结构中；利用耦合到该结构并与致动器空间隔开的多个传感器，感测从该多个致动器发射到该结构中的超声波，从而产生并且提供传感器数据；根据该基准数据和该传感器数据计算信号差分系数；以及空间映射所计算的信号差分系数以检测该结构中的一个或多个结构缺陷。

【技术特征摘要】
2011.06.27 US 13/169,8581.一种用于检测和评估结构缺陷的方法，包括步骤：存储与结构相关联的基准数据，该基准数据表示感测到的发射到没有缺陷的该结构中的超声波；从耦合到该结构的多个致动器发射超声波到该结构中；利用耦合到该结构并与致动器空间隔开的多个传感器，感测从该多个致动器发射到该结构中的超声波，从而产生并且提供传感器数据；根据该基准数据和该传感器数据计算信号差分系数；以及空间映射所计算的信号差分系数以检测该结构中的一个或多个结构缺陷，该方法的特征在于，该信号差分系数SDC利用下式计算：其中，，是分别与该基准数据和传感器数据相关联的包络，，分别是该基准数据和传感器数据的平均值，以及i和j分别是致动器和传感器的索引。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括根据该空间映射的信号差分系数生成损伤映射。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括呈现表示该损伤映射的图像。4.根据权利要求1所述的方法，其中利用基函数对该SDC进行空间映射，该基函数利用下式定义：其中：，,是空间坐标，和分别是致动器和传感器的索引，是致动器-和传感器-之间的直达路径长度，是从致动器-到坐标为的点之间的距离，是从传感器-到坐标为的点之间的距离，以及是二维余弦窗。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括利用下式生成损伤映射：，其中是在空间坐标处的损伤指数。6.根据权利要求5所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·赫德尔，J·芬达，K·阿达梅克，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：