基于微弱信号增强的结构损伤探测研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文基于微弱信号增强的结构损伤探测研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：代道义机械电子工程何清波副教授二O一四年五月二十日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeStructureDamageDetectionBasedonWeakSignalEnhancementAuthor’SName：DaoyiDaiSpeciality：MechanicalandElectronicEngineeringSupe

2、rvisor：Asso．Prof．QingboHeFinishedTime：May20th，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：啦签字日期：塑i垆：』弗中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国

3、家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。回丞开口保密(——年)储躲避翮虢§亟i窒遣签字日期：摘要对于结构损伤检测而言，其核心环节在于确定合适的携带损伤信息的信号作为特征信号。通过这一特征信号往往淹没在强的背景噪声中而十分微弱，必须采用有效的信号处理或者信号增强的方法来辨别这一特征信号。本文将从微弱信号增强处理的角度出发来进一步改善结

4、构损伤检测的效果。首先，本文通过改进传统的随机共振电路来实现了微弱信号的增强检测，通过设计滤波器阵列来实现多尺度调节随机共振。实验研究表明，多尺度调节随机共振电路系统可以有效拓宽其噪声强度适用范围。另外将多尺度调节随机共振电路与传统同步解调电路相结合的微弱信号检测方案通过实验验证可以发现其可以从信噪比低于．50dB的强噪声背景中检测出目标信号。其次，本文探索了基于压电陶瓷传感器阵列的超声导波结构损伤检测方法。精确确定超声导波在结构中的传播时间是该方法的核心步骤。基于Wigner．VilleDistribution(wvo)时频分

5、析方法可以有效描述信号能量分布这一特性，我们采用WVD来处理超声导波信号，相对于传统的希尔伯特包络和小波变换方法，实验证明该方案可以稳定准确地检测出结构损伤位置。此外本文进一步探索了基于WVD方法的二维结构损伤探测的成像算法。最后，本文对基于非线性超声效应结构损伤检测方法进行了初步研究。振动声调制方法已经被证实可以用于检测微裂纹或闭合裂纹，但其机理和实用性等都有待进一步研究。本文将三稳随机共振机械系统与传统振声调制方法相结合，有效拓宽了后者的激励频率适用范围，实现了在结构非共振频率处的振声调制效应。该方案可用于结构初期微裂纹的探

6、测。关键词：结构损伤探测微弱信号处理随机共振超声导波振声调制效应IIABSTRACTForstructuredamagedetection,thepivotalprocedureistodefinethefeaturesignalthatbringsthedamageinformation．Usuallythefeaturesignalisratherweakorsubmergedinheavybackgroundnoiseandpropermethodsmustbeappliedtoprocessorenhancethewea

7、ksignals．Thepaperexploreshowtoimprovethestructuredamagedetectionfromtheviewpointofweaksignalenhancement．Firstly,thepaperaddressestheimprovementofthestochasticresonance(SR)approachtoenhancetheeffectivenessofweaksignaldetectionthroughacircuitrysystem．Themultiscalenoise

8、tuningthroughafilterarrayisexploredtoenhancetheperformanceofaclassicalSRcircuitrysystem．Theexperimentexhibitsthatthemultiscalenoise