結構損傷指數映射的系統與方法技術方案

提供了一種檢測和評估結構缺陷的系統和方法。存儲的基準數據表示感測到的發射到無缺陷結構中的超聲波。由多個耦合到該結構的致動器向該結構發射超聲波。由該多個致動器向該結構發射的該超聲波信號被多個傳感器感測到，該傳感器耦合到該結構并與該致動器空間隔開，從而產生和提供傳感器數據。根據基準數據和傳感器數據計算信號差分系數。將計算的信號差分系數空間映射以檢測該結構內的一個或多個結構缺陷。

【技術實現步驟摘要】
結構損傷指數映射的系統與方法
本專利技術大體涉及結構健康監測，尤其是涉及結構缺陷的檢測、定位和大小評估的方法和系統。
技術介紹
在許多行業，結構健康監測變得越來越重要。變得尤其重要的一個行業就是航空航天工業。這是因為，除其他因素外，在航空航天工業中，系統和組件的結構完整性可能導致飛行中關機、起飛中止、延誤或者取消，所有這些都可引起顯著的工業和消費者成本。一些目前已知的結構健康監測系統使用的是各種傳感器陣列。這種陣列的使用，從數十到數百個傳感器不等，具有一定的缺點。例如，每個傳感器一個接一個的安裝都需要大量人工和時間。當傳感器被實現為相位陣列時，由于該陣列對傳感器放置的不準確非常敏感，所以務必要確保每個傳感器都在準確的位置上。而且，傳感器布線相對復雜，傳感器布線的長度、體積和重量很大。除上述外，已經開發了用于提供損傷映射可視化表示的各種數值方法，用于結構缺陷檢測、定位和大小確定。在這些現有的數值方法中包括各種計算機斷層掃描(CT)方法。目前已知的CT方法能夠提供相對精確的缺陷圖像，但是也相對耗時以及計算量龐大。而且，許多CT方法依賴于對監測區域的高密度覆蓋。因此，在需要實時結構健康監測時，CT方法可能沒用，因為稀疏的傳感器陣列通常用于此種應用。存在用于使用稀疏傳感器陣列的各種數值方法。這些方法通常基于由缺陷散射的波的探測，以及用于散射的空間映射的幾何方法的使用。對于相對復雜的結構，由于諸如縱梁、加強筋、邊框、孔、鉚釘、螺栓等各種構件的存在，確定被缺陷反射的波是極有挑戰性的，其中這些構件可能是背景反射的來源。有一種提出的數值方法沒有這個缺點，其被稱為RAPID算法(缺陷概率檢查重建算法)。RAPID算法基于傳感器/致動器對之間的直達路徑內的基準信號和實際信號之間利用相關分析的信號差分評估。然而，RAPID算法也有它固有的一些缺點。例如，它對基準信號與實際信號之間的相位同步敏感。而且，如果某些參數沒有設置在最佳值，基于RAPID算法產生的圖像可能包含偽像(falseartifact)。由于傳感器/致動器對之間的直達路徑網絡提供的非均勻覆蓋，也可能導致產生這些偽像。因此，需要有一種沒有上述缺點的系統和方法來實時檢測、定位和評估結構缺陷大小。也就是說，不依賴于各傳感器的精確定位和/或不依賴于相對復雜的、長的、體積龐大的和重的傳感器布線，和/或對基準信號與實際信號之間的相位同步相對不敏感，和/或如果某些參數沒有設置在最佳值不會產生包含偽像的圖像的系統和方法。本專利技術解決了這些需求中的一個或多個。
技術實現思路
在一個實施例中，一種用于檢測和評估結構缺陷的方法包括存儲與結構相關聯的基準數據。基準數據表示所感測到的發射到沒有缺陷的該結構中的超聲波。超聲波從耦合到該結構的多個致動器發射到該結構中。利用多個傳感器感測從多個致動器發射到該結構中的超聲波，該多個傳感器耦合到該結構，并與該致動器空間隔開，從而產生并提供傳感器數據。根據基準數據與傳感器數據計算信號差分系數。將計算的信號差分系數進行空間映射以檢測結構中的一個或多個結構缺陷。在另一個實施例中，結構缺陷檢測和評估系統包括多個第一傳感器/致動器、多個第二傳感器/致動器和處理器。第一傳感器/致動器中每一個都適于耦合到結構，并且每一個被配置成有選擇性地發射超聲波到結構中。第二傳感器/致動器中每一個都適于耦合到該結構，并且當耦合到該結構時，與每個第一傳感器/致動器空間隔開。每個第二傳感器/致動器被配置成有選擇性地感測超聲波并產生傳感器數據，所述超聲波從一個或多個第一傳感器/致動器發射。處理器耦合來接收傳感器數據，并配置成一旦接收到傳感器數據就根據基準數據與傳感器數據計算信號差分系數，該基準數據表示所感測到的發射到沒有缺陷存在的該結構中的超聲波，以及對計算的信號差分系數進行空間映射，以檢測該結構中的一個或多個結構缺陷。在另外一個實施例中，結構缺陷檢測和評估系統包括多個第一傳感器/致動器，多個第二傳感器/致動器，顯示裝置和處理器。每個第一傳感器/致動器被安裝在第一柔性印刷電路上并適于耦合到結構。每個第一傳感器/致動器附加地配置成有選擇性地發射超聲波到該結構中。每個第二傳感器/致動器被安裝在第二柔性印刷電路上并適于耦合到該結構。當耦合到該結構時，每個第二傳感器/致動器都與每個第一傳感器/致動器空間隔開，并且每個都配置成選擇性地感測從一個或多個第一傳感器/致動器發射的超聲波，并產生傳感器數據。顯示裝置耦合來接收圖像呈現顯示命令，并被配置為一旦接收到圖像呈現顯示命令就選擇性地呈現表示圖像呈現顯示命令的圖像。處理器耦合來接收傳感器數據，并被配置為一旦接收到傳感器數據就根據傳感器數據和基準數據計算信號差分系數，該基準數據表示所感測到的發射到沒有缺陷存在的該結構中的超聲波，對信號差分系數進行空間映射，以檢測結構中的一個或多個結構缺陷，根據空間映射的信號差分系數生成損傷映射，并選擇性地產生表示損傷映射的圖像呈現顯示命令。進一步，通過下面的詳細描述和所附權利要求，結合附圖和前面的
技術介紹
，該結構損傷指數映射系統和方法的其它期望特征和特點將更明顯。附圖說明本專利技術將結合下面的附圖來描述，這里相同的附圖標記表示相同的元素，其中：圖1描繪的是結構缺陷檢測和評估系統的示例實施例的功能框圖；圖2描繪的是可用于實現圖1的系統的剪切壓電傳感器/致動器的一個實施例；圖3是耦合到結構的圖2的示例傳感器/致動器的簡化的截面圖。圖4描繪的是圖2的傳感器/致動器安裝在其上的基板的一部分的簡化的截面圖；圖5描繪的是多個傳感器/致動器以線性陣列分布在其上的柔性印刷電路的一個實施例；圖6描繪的是多個傳感器/致動器以5x5矩陣型陣列分布在其上的柔性印刷電路的一個實施例；圖7以流程圖的形式描繪了由圖1的系統執行來檢測結構中是否存在一個或多個結構缺陷的過程。圖8描繪的是示例損傷映射的圖像，其可由圖1的系統產生，并呈現在形成圖1的系統的部分的顯示裝置上；圖9描繪的是圖1的系統執行來用于自動熱點監測的特定過程示意表示；圖10和圖11描繪的是人工神經網絡拓撲的不同實施例；圖12描繪的是圖1的系統執行來用于自動多缺陷監測的特定過程示意表示；圖13描繪的是圖1的系統執行的特定主分量分析(PCA)和圖像分割過程的示意表示；以及圖14描繪的是一個用于圖13中PCA過程的輸入矩陣。具體實施方式以下詳細描述實際上僅僅是示例性的，并不意欲限制本專利技術或本專利技術的應用及使用。此處所用的詞語“示例”意思是“作為一個例子、實例或例證”。因而這里所說的“示例”的任何實施例都不必認為比其它實施例更優選或更有利。這里所描述的所有實施例都是示例性實施例，用來使本領域的技術人員能夠實施或使用本專利技術，而不限制權利要求所限定的本專利技術的范圍。而且不受之前所述的
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技術介紹
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技術實現思路
或下述具體描述中明示或暗示的理論所約束。首先參考圖1，示出了結構缺陷檢測和評估系統的一個實施例的功能框圖。所示系統100包含多個第一傳感器/致動器102(102-1，102-2，102-3...，102-N)，多個第二傳感器/致動器104(104-1，104-2，104-3...，104-N)，處理器106，以及顯示裝置108。第一傳感器/致動器102和第二傳感器/致動器104適于耦合到結構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于檢測和評估結構缺陷的方法，包括步驟：存儲與結構相關聯的基準數據，該基準數據表示感測到的發射到沒有缺陷的該結構中的超聲波；從耦合到該結構的多個致動器發射超聲波到該結構中；利用耦合到該結構并與致動器空間隔開的多個傳感器，感測從該多個致動器發射到該結構中的超聲波，從而產生并且提供傳感器數據；根據該基準數據和該傳感器數據計算信號差分系數；以及空間映射所計算的信號差分系數以檢測該結構中的一個或多個結構缺陷。

【技術特征摘要】
2011.06.27 US 13/169,8581.一種用于檢測和評估結構缺陷的方法，包括步驟：存儲與結構相關聯的基準數據，該基準數據表示感測到的發射到沒有缺陷的該結構中的超聲波；從耦合到該結構的多個致動器發射超聲波到該結構中；利用耦合到該結構并與致動器空間隔開的多個傳感器，感測從該多個致動器發射到該結構中的超聲波，從而產生并且提供傳感器數據；根據該基準數據和該傳感器數據計算信號差分系數；以及空間映射所計算的信號差分系數以檢測該結構中的一個或多個結構缺陷，該方法的特征在于，該信號差分系數SDC利用下式計算：其中，，是分別與該基準數據和傳感器數據相關聯的包絡，，分別是該基準數據和傳感器數據的平均值，以及i和j分別是致動器和傳感器的索引。2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據該空間映射的信號差分系數生成損傷映射。3.根據權利要求2所述的方法，進一步包括呈現表示該損傷映射的圖像。4.根據權利要求1所述的方法，其中利用基函數對該SDC進行空間映射，該基函數利用下式定義：其中：，,是空間坐標，和分別是致動器和傳感器的索引，是致動器-和傳感器-之間的直達路徑長度，是從致動器-到坐標為的點之間的距離，是從傳感器-到坐標為的點之間的距離，以及是二維余弦窗。5.根據權利要求4所述的方法，進一步包括利用下式生成損傷映射：，其中是在空間坐標處的損傷指數。6.根據權利要求5所述的方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·赫德爾，J·芬達，K·阿達梅克，
申請(專利權)人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發明
國別省市：