本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种疲劳裂纹的阻抗调制损伤检测方法。
背景技术
基于结构健康监测和无损检测的主动传感技术已经证明了其在土木、航天和机械等结构的损伤或缺陷检测当中的实用性，目前，常用的检测方法有非线性超声检测方法，机电阻抗法，lamb波损伤检测方法等。其中机电阻抗方法由于采用高频激励和对微小损伤敏感等特性而得到了广泛的应用。机电阻抗方法通常需要测量健康状态时的数据作为基准信号，然而在实际工况中由于经常受到不断变化的环境等因素的影响，无法得到正确的基准信号。
基于此，需要一种能降低检测复杂度、测量成本以及不受环境因素的疲劳裂纹的阻抗调制损伤检测方法被设计出来。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种能降低检测复杂度、测量成本以及不受环境因素的疲劳裂纹的阻抗调制损伤检测方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种疲劳裂纹的阻抗调制损伤检测方法，检测方法步骤如下：
步骤1、在待测结构上设置单一压电智能传感器，并设置压电片用于作为作动器和传感器；
步骤2：在纯电阻上并联ni采集装置后再串联压电片和ni激励装置，所述纯电阻和压电片组成自传感电路，将计算机分别和ni采集装置、ni激励装置连接在一起，形成完整的阻抗测量装置；
步骤3：利用计算机中的labview编程系统进行编程，利用ni激励装置在压电片上给予两个的不同频率的激励信号，同时利用ni采集装置采集响应信号；
步骤4：利用计算机中的labview软件对激励信号vi和响应信号vo分别进行傅里叶变换得到vi(ω)和vo(ω)，计算得到相应的阻抗数据；
步骤5：根据阻抗数据，画出阻抗频谱图；
步骤6：观察阻抗频率图，选取波峰出现的频率值；
步骤7：通过完整梁和裂纹梁的对比验证，如果产生了阻抗信号的非线性调制现象，则待测结构产生了疲劳裂纹损伤，反之则否。
进一步地，所述步骤2中计算机通过ni激励装置输入信号至自传感电路，所述ni采集装置采集响应信号并将采集到的信号传递给计算机，由计算机进行分析处理。
进一步地，所述步骤3中的激励信号为正弦激励信号。
进一步地，所述步骤4中阻抗数据的计算过程为
进一步地，所述步骤4中还可以采用matlab编程软件对激励信号vi和响应信号vo分别进行傅里叶变换。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明公开的基于阻抗调制的疲劳裂纹损伤检测方法能够有效地检测非线性疲劳裂纹损伤，保证能及时地发现结构出现非线性疲劳裂纹损伤；
2、本发明公开的基于阻抗调制的疲劳裂纹损伤检测方法利用ni系统和自制自传感电路进行阻抗测量，相对于传统的阻抗仪测量，大大节约了成本，并且适用于各种环境和工况；
3、本发明公开的基于阻抗调制的疲劳裂纹损伤检测方法不需要在结构健康状态时测量基准信号，不受环境因素如温度等的影响，并且只需要一个压电片就能完成测量，降低了疲劳裂纹损伤检测的复杂度和测量成本。
附图说明
图1为本发明中实验装置的结构示意图；
图2为本发明中测量装置4的示意图；
图3为本发明实施例中完整梁的阻抗频谱图；
图4为本发明实施例中裂纹梁的阻抗频谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至4所示，本发明提供了一种疲劳裂纹的阻抗调制损伤检测方法，检测方法步骤如下：
步骤1、在待测结构1上设置单一压电智能传感器2，并设置压电片5用于作为作动器和传感器；
步骤2：在纯电阻9上并联ni采集装置8后再串联压电片5和ni激励装置7，所述纯电阻9和压电片5组成自传感电路，将计算机6分别和ni采集装置8、ni激励装置7连接在一起，形成完整的阻抗测量装置4；
步骤3：利用计算机6中的labview编程系统进行编程，利用ni激励装置7在压电片5上给予两个的不同频率的激励信号，同时利用ni采集装置8采集响应信号；
步骤4：利用计算机6中的labview软件对激励信号vi和响应信号vo分别进行傅里叶变换得到vi(ω)和vo(ω)，计算得到相应的阻抗数据；
步骤5：根据阻抗数据，画出阻抗频谱图；
步骤6：观察阻抗频率图，选取波峰出现的频率值；
步骤7：通过完整梁和裂纹梁的对比验证，如果产生了阻抗信号的非线性调制现象，则待测结构产生了疲劳裂纹损伤，反之则否。
在上述技术方案中，步骤6中，对于疲劳裂纹损伤，阻抗信号会产生调制现象，即除了在两个激励频率ω1和ω2处出现峰值外，在两个激励频率的相加或相减频率ω1±ω2处，也会产生较高的波峰。
具体实施时，所述步骤2中计算机6通过ni激励装置7输入信号至自传感电路，所述ni采集装置8采集响应信号并将采集到的信号传递给计算机6，由计算机6进行分析处理。
具体实施时，所述步骤3中的激励信号为正弦激励信号。
具体实施时，所述步骤4中阻抗数据的计算过程为
具体实施时，所述步骤4中还可以采用matlab编程软件对激励信号vi和响应信号vo分别进行傅里叶变换。
实施例:
步骤1、选取一块如图1所示的尺寸为500mm×100mm×2mm的带有疲劳裂纹3的铝板，并且为了验证方法的正确性，再选取一块同样大小的完整梁，在裂纹板几何中心附近粘贴一个直径为12mm、厚2mm的压电片2，型号为pzt-5a；
步骤2、如图2所示，使用一个阻值为100ω的纯电阻9组成自传感电路，与计算机6和待测结构1上的压电片5如图2所示连接在一起，组成完整的阻抗测量装置4；
步骤3、利用计算机6中labview编程系统进行编程，利用ni激励装置7同时在压电片2上施加两个不同频率的正弦激励信号，分别为60khz和36khz，电压幅值大小为2v，利用ni采集装置8采集纯电阻9上的响应信号；
步骤4、利用计算机6中的labview软件或者matlab编程对激励信号vi和响应信号vo分别进行傅立叶变换得到vi(ω)和vo(ω)，根据阻抗公式
步骤5、根据计算得到的阻抗数据，画出阻抗频谱曲线；
步骤6、如图3所示，完整梁的阻抗频谱图在激励频率60khz和36khz处存在峰值，而在调制频率处没有峰值，其他峰值为两条曲线均存在的噪声信号，如图4所示，对于裂纹梁，除了在激励频率60khz和36khz处存在峰值之外，在激励频率加减频率即96khz和24khz均存在明显的峰值，即出现了明显的阻抗非线性调制现象；
步骤7、通过完整梁和裂纹梁的对比验证，只有裂纹梁会产生阻抗信号的非线性调制现象，因此对于裂纹梁能够有效地判断出非线性疲劳裂纹损伤。
本发明提出了一种新的基于阻抗调制的疲劳裂纹损伤检测方法。相对于非线性超声检测方法，给出的方法只需要一个压电片，同时作为作动器和传感器，大大降低了检测的复杂度和测量成本。与单纯的机电阻抗方法不同的是，本方法不需要测量健康状态时的基准信号，不受环境因素如温度等的影响，利用疲劳裂纹的非线性特征，观察阻抗信号是否出现调制频率成分。如果待测结构出现激励频率和相应的调制频率成分，则说明该方法能够有效地检测出非线性裂纹损伤，极大地提高了疲劳裂纹损伤检测的简易度。该方法利用ni系统和自制的自传感电路进行测量，相对于机电阻抗法的hp4294a精密阻抗分析仪等，大大节约了测量成本，测量仪器也更为便携，可以适应不同环境和工况下的阻抗测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。