射頻功率放大器在鋁板損傷量化表征中的應用
實驗名稱：基于異常指數的鋁板損傷量化表征
研究方向：損傷量化
測試目的：
結構損傷檢測與量化評估對于保障航空、航天、船舶、石油化工及兵器工業等領域的基礎設施結構安全性具有重要意義，受到了廣泛的關注。在現有的結構監測技術中，超聲導波檢測技術具有檢測范圍廣，速度快，對結構內部損傷敏感，安全方便，且成本低廉，在薄板構件的無損檢測和健康監測中具有良好的應用潛力。
圖1：傳感信號時域損傷信號提取
超聲導波信號具有短程非平穩性，且易受到外界干擾因素的影響，為了實現微弱缺陷信號的增強，許多研究者采用了時間反轉聚焦方法圳、相控聚焦方法、虛擬反轉聚焦法等來提高Lamb波信噪比、增強缺陷損傷信號，但這些技術不僅實際操作步驟復雜，而且在聚焦過程中容易出現其他的雜波，影響損傷檢測結果。一般來說，原始損傷特征對初始損傷和細微退化趨勢的敏感度不高。單個損傷特征只能反映結構系統的部分或特定方面的狀態，無法對結構損傷進行全面準確的評估，而多域高維特征往往包含大量“冗余”信息不僅帶來“維數災難”問題，而且損傷狀態評估的準確性，因此，有必要在損傷敏感特征篩選的基礎上，通過特征融合以建立一個綜合損傷評估指數，實現對結構損傷狀態進行統一描述與準確評估。因此，本文引入了基于自組織特征映射(self-organizing feature mapping，SOM)的敏感損傷特征融合方法，以構建能夠全面評估鋁板損傷的統一指數。
測試設備：ATA-8202射頻功率放大器、信號發生器、激光測振動儀、待測鋁板。
實驗過程：
為了更好的驗證AI對鋁板損傷評估的優越性，本節將通過鋁板彎曲疲勞循環實驗來證明，如下圖所示。由激發裝置產生的Lamb波在鋁板中傳播一定距離后被傳感器接收，其中實驗材料為400mmx40mmx15mm的鋁板，無約束地平行放置在海綿塊上。由函數信號發生器生成中心頻率500kHZ的10周期Lamb激勵信號，脈沖群被ATA-8202射頻功率發射器后傳遞至鋁板中，由全場掃描式激光測振儀接收。在彎曲疲勞次數為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9時，分別記錄導波信號的激發-接收實驗數據，提取的18組特征參數。
圖2：鋁板曲疲勞循環試驗的示意圖
實驗結果：
為了對鋁板彎折損傷進行一致性表征，采用30次同等測試條件下獲得的無損信號的敏感特征向量作為訓練樣本，建立SOM模型，繼而計算各個彎折損傷板的異常指數。結果如下圖（a）所示。可見，本文提出的異常指數與鋁板彎折次數間具有更好的線性相關性。為了驗證基于SOM的AI對損傷狀態評估的優越性，以無損狀態下的30次測量得到的敏感特征的平均值組成的特征向量為無損基準，采用損傷狀態下的F到基準的歐氏距離作為損傷評價指標，結果如下圖（b）所示，從下圖（a）可以看出，AI值隨彎曲疲勞次數線性增加，且AI值分散在擬合曲線的兩側，與疲勞彎曲次數間的線性相關性較高。下圖（b）中，盡管基于歐氏距離的損傷值具有隨彎曲次數增加而增加的趨勢，但損傷值大多分散在擬合曲線的下方，與彎曲次數的線性相關度較差，對損傷演化的敏感性較差。圖（a）中AI指數與彎曲次數間較好的線性相關性驗證了AI指數對鋁板彎折損傷程度具有較好的量化表征能力，證實了其表征鋁板疲勞損傷的有效性與敏感性。
圖3：鋁板量化評估結果
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