一种针对电阻性薄膜传感器的实时裂纹损伤识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种裂纹损伤识别方法，具体涉及一种针对电阻性薄膜传感器的实时 裂纹损伤识别方法，属于结构探伤技术领域。
【背景技术】
[0002] 电阻性薄膜传感器是一种应用现代表面技术实现与结构一体化集成的功能梯度 材料，具有优良的随附损伤特性。因此，可利用该特性综合应变监测原理和电位监测原理对 结构疲劳裂纹损伤实施监测。
[0003] 中国专利《一种微米传感元及其制备方法和应用》（专利号：ZL200910248773. 0， 公开日：2011. 06. 29)提出了一种电阻性薄膜传感器一微米传感元的简单设计概念及其制 备方法，并验证了微米传感元与金属结构基体形成结构功能一体化的可行性，但是，该专利 未提出相应的实时裂纹损伤识别方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种算法简单、滞后时间短、能够极大地降低裂纹损伤识 别的难度、针对电阻性薄膜传感器的实时裂纹损伤识别方法。
[0005] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0006] 一种针对电阻性薄膜传感器的实时裂纹损伤识别方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0007] (1)、确定探索起始点：
[0008] 从监测数据点序列中选定第i个监测数据点作为探索起始点，探索起始点及其后 面的监测数据点构成探索点序列；
[0009] (2)、构造滑动窗口 ：
[0010] 以探索起始点为中心，选取探索起始点前的j个监测数据点和探索起始点后的j 个监测数据点构成滑动窗口，滑动窗口内子数据序列为{data(i-j)，...，data(i-1)，data( i)，data(i+1)，???，data(i+j) }，其中，j〈i;
[0011] (3)计算探索起始点如后曲线的斜率：
[0012] 对于滑动窗口中探索起始点及其之前的j个检测数据点对应的子数据序列{data (i-j),???，data(i-1),data(i)}，计算得到前述子数据序列的回归系数kf(i);
[0013] 对于滑动窗口中探索起始点及其之后的j个检测数据点对应的子数据序列{data (i),data(i+l), ? ? ?，data(i+j)}，计算得到前述子数据序列的回归系数kb(i);
[0014](4)、寻找曲线斜率增量取得局部最大值的探索点：
[0015] 首先计算探索起始点前后曲线斜率增量Ak(i) =kf (i)-kb(i)，然后计算 与探索起始点相邻的两个监测数据点前后曲线斜率增量Ak(i-l)和Ak(i+1)，若 Ak(i) >Ak(i-l)且Ak(i) >Ak(i+l)，则认为在第i监测数据点处取得曲线斜率增量的 局部最大值；否则，滑动窗口，并用同样的方法进行计算，直至取得曲线斜率增量的局部最 大值；
[0016] 假设在第m个监测数据点处取得曲线斜率增量的局部最大值，对应的监测数据记 为data(m)；
[0017] (5)、判定斜率突变点：
[0018] 如果kb (m) >0,并且data(m+1)-data(m)>data(m)-data(m_l)，并且Ak(m) >a，a为 系统阈值，则判定第m个监测数据点为斜率突变点；否则，返回步骤（4)继续寻找曲线斜率 增量取得局部最大值的探索点，进而执行步骤（5)判定其是否为斜率突变点；
[0019] (6)、寻找裂纹危险点：
[0020] 假设第n个监测数据点为裂纹危险点，若data(n) >b，b为系统阈值，则确定第n个 监测数据点为裂纹危险点；否则，滑动窗口，直至寻找到裂纹危险点。
[0021] 前述的针对电阻性薄膜传感器的实时裂纹损伤识别方法，其特征在于，在步骤（3) 中，
[0022] 计算得到回归系数kf (i)的过程为：对子数据序列{data(i-j)，? ? ?，data(i-l)，d ata(i)}作一元线性回归，采用最小二乘法拟合得到回归系数kf(i);
[0023]计算得到回归系数kb(i)的过程为：对子数据序列{data(i),data(i+l),? ? ?，dat a(i+j)}作一元线性回归，采用最小二乘法拟合得到回归系数kb(i)。
[0024] 本发明的有益之处在于：
[0025] 1、本发明的方法将裂纹损伤定量识别转化为单监测通道内裂纹起始点和裂纹危 险点识别，极大地降低了裂纹损伤识别的难度；
[0026] 2、本发明的方法可以准确判定裂纹起始点和裂纹危险点，从而确定结构裂纹损伤 状况，如裂纹损伤的位置和损伤程度等；
[0027] 3、本发明的方法可以满足结构损伤监测技术对裂纹损伤实时、在线识别的要求， 算法简单、滞后时间短。
【附图说明】
[0028] 图1是电阻性薄膜传感器的示意图；
[0029] 图2是监测数据曲线图。
[0030] 图中附图标记的含义：1-内环监测通道，2-外环监测通道，A-裂纹起始点，B-裂 纹危险点。
【具体实施方式】
[0031] 本发明的实时裂纹损伤识别方法，其思想是：将裂纹损伤定量识别转化为单监测 通道内裂纹起始点和裂纹危险点识别，以薄膜传感器输出数据序列曲线的斜率突变点作为 裂纹起始点，以薄膜传感器电阻值趋近无穷大、传感器失效作为裂纹危险点。
[0032] 下面以识别2A12-T4铝合金基电阻性薄膜传感器的裂纹损伤为例，对本发明的方 法作具体的介绍。
[0033] 参照图1，2A12_T4铝合金基电阻性薄膜传感器在结构上存在内外两个监测通道， 即内环监测通道1和外环监测通道2。
[0034] 为了简化问题、降低算法难度，本发明的方法将裂纹损伤定量识别转化为单监测 通道内裂纹起始点和裂纹危险点识别。
[0035] 监测行为开始后传感器按照等间隔时间序列采集数据点，该数据点称为监测数据 点，所有监测数据点构成监测数据点序列。以内环监测通道1为例，实时裂纹损伤识别过程 如下：
[0036] 步骤1、确定探索起始点
[0037] 从监测数据点序列中选定第15个监测数据点作为探索起始点，该探索起始点对 应的监测数据记为data(15)。探索起始点及其后面的监测数据点（探索点）构成探索点序 列。探索点序列是申请人为了便于裂纹辨识算法实现而人为地从监测数据点序列中截取的 子序列。
[0038] 步骤2、构造滑动窗口
[0039] 以探索起始点为中心，选取探索起始点前的14个监测数据点和探索起始点后的 14个监测数据点构成滑动窗口，该滑动窗口内子数据序列为{data(1)，data(2)...，data( 14),data(15),data(16), . . . ,data(28),data(29)}〇
[0040] 步骤3、计算探索起始点前后曲线的斜率
[0041] 对于滑动窗口中探索起始点及其之前的14个监测数据点对应的子数据序列{da ta(l),data(2),dat