CN115791891A - 一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，涉及结构检测技术领域。该基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，包括压电传感器阵列，所述压电传感器阵列连接有阻抗分析仪，所述阻抗分析仪连接有中央处理计算机，所述中央处理计算机双向连接有数据预处理模块、数据拟合模块、温度补偿模块和反馈学习模块。通过在其中央处理计算机内设置有反馈学习模块，反馈学习模块内置有反馈学习***，该反馈学习***基于深度学习方法和概率统计方法，结合稀疏数据重构理论，可以有效减少该***在使用时长期监测过程中海量不完备数据对损伤识别精度的影响，使该***可以通过少量前期数据达到对结构损伤的高效精准定位识别。
Description
技术领域
本发明涉及结构检测技术领域，具体为一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***。
背景技术
压电阻抗技术是一种利用压电传感器的机电耦合特性，通过检测分析传感器传出的压电阻抗信号并，确定结构内部损伤发展情况的检测技术，该技术主要应用于结构损伤检测领域，来实现对各种工作环境中结构损伤进行检测，现有的基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***大多采用对损伤前后的阻抗信号进行对比实现损伤检测的功能，但是存在压电材料和粘结层皆为温敏材料的问题，导致现有的方法及***在进行使用时易由于温差偏大导致检测结果存在问题，同时，现有的方法和***在进行使用时，检测结束后不具备对损伤进行进一步分析识别的能力，整体的使用效果不佳。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，解决了现有的***使用时易因室外温差导致检测结果精度较差，且无法对检测结果进行进一步精细化学习分析的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，包括压电传感器阵列，所述压电传感器阵列连接有阻抗分析仪，所述阻抗分析仪连接有中央处理计算机；
所述中央处理计算机双向连接有数据预处理模块、数据拟合模块、温度补偿模块和反馈学习模块。
优选的，所述数据预处理模块包括数据库，所述数据库连接有数据传输模块、数据记录模块和数据处理模块。
优选的，所述数据处理模块连接有坐标建立模块和曲线建立模块。
优选的，所述温度补偿模块包括温度记录模块和温度处理模块，所述温度记录模块连接有温度测量模块和温度储存模块，所述温度处理模块连接有温度拟合模块。
优选的，所述反馈学习模块包括反馈学习***，所述反馈学习***连接有深度学习方法、概率统计方法和稀疏数据重构方法。
优选的，所述数据拟合模块包括拟合模型模块，所述拟合模型模块连接有阻抗拟合模型和温度拟合模型。
优选的，所述阻抗拟合模型连接有压电结构耦合模型，所述温度拟合模型连接有非线性温度耦合模型。
一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法，具体包括以下步骤：
S1.仪器安装
将压电传感器阵列通过粘合剂固定设置到待检测试件表面，通过电线将压电传感器阵列和阻抗分析仪进行连接，将阻抗分析仪和中央处理计算机连接；
S2.数据采集
开启阻抗分析仪，通过中央处理计算机的数据预处理模块进行数据采集，数据通过数据库的数据传输模块和数据记录模块进行数据传输和记录；
S3.数据处理
采集到的数据通过数据处理模块进行阻抗曲线建立，更换多个不同损坏程度的待检测试件重复S1到S2的过程，测得待测试件在不同损坏程度下阻抗曲线；
S4.结果拟合
将多组不同的阻抗曲线输入到拟合模型模块，通过连接有压电结构耦合模型的阻抗拟合模型对检测结果进行拟合，实现对损伤进行识别，将待检测组件设置到不同的温度环境中，重复S1到S3的过程，测得不同温度下的阻抗曲线，通过压电结构耦合模型和非线性温度耦合模型测得在进行损伤识别时基于不同温度对数据进行补正；
S5.反馈学习
更换不同种类的试件进行多次检测，将检测结果输入到反馈学习模块，通过深度学习方法和概率统计方法结合稀疏数据重构方法，使反馈学习***进行深度学习，实现该***后续使用时的自主损伤检测识别。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***。具备以下有益效果：
1、本发明提供了一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，相较于现有的***，该***通过在其中央处理计算机内设置有反馈学习模块，反馈学习模块内置有反馈学习***，该反馈学习***基于深度学习方法和概率统计方法，结合稀疏数据重构理论，可以有效减少该***在使用时长期监测过程中海量不完备数据对损伤识别精度的影响，使该***可以通过少量前期数据达到对结构损伤的高效精准定位识别，实现压电传感***的自损识别。
2、本发明提供了一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，相较于现有的***，该***通过在其数据拟合模块的拟合模型中加入非线性温度耦合模型，使用者在使用该***时，可以通过温度补偿模块测得不同温度下的阻抗曲线，改进现有***中对检测原理中材料非线性考虑不足的缺陷，从机理描述上提高该***在变温环境下的准确性。
3、本发明提供了一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，相较于现有的***，该***通过将其压电晶片设置为压电传感器阵列，通过将压电传感器阵列固定到待检测试件表面，展开对实际工程中不同材料、结构及工况下的各类损伤识别研究，提升该***整体的检测精度和检测效果。
附图说明
图1为本发明的***流程示意图；
图2为本发明的数据预处理模块的流程示意图；
图3为本发明的温度补偿模块的流程示意图；
图4为本发明的反馈学习模块的流程示意图；
图5为本发明的数据拟合模块的流程示意图。
其中，1、压电传感器阵列；2、阻抗分析仪；3、中央处理计算机；4、数据预处理模块；5、温度补偿模块；6、反馈学习模块；7、数据拟合模块；401、数据库；402、数据传输模块；403、数据记录模块；404、数据处理模块；405、坐标建立模块；406、曲线建立模块；501、温度记录模块；502、温度测量模块；503、温度储存模块；504、温度处理模块；505、温度拟合模块；601、反馈学习***；602、深度学习方法；603、概率统计方法；604、稀疏数据重构方法；701、拟合模型模块；702、阻抗拟合模型；703、压电结构耦合模型；704、温度拟合模型；705、非线性温度耦合模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-5所示，本发明实施例提供一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法及***，包括压电传感器阵列1，压电传感器阵列1连接有阻抗分析仪2，有利于实现该***基本的阻抗检测功能，阻抗分析仪2连接有中央处理计算机3，有利于为该计算机进行数据分析处理提供基础；
中央处理计算机3双向连接有数据预处理模块4、数据拟合模块7、温度补偿模块5和反馈学习模块6，有利于实现该***的数据分析处理功能，实现该***对数据进行深度学习。
数据预处理模块4包括数据库401，数据库401连接有数据传输模块402、数据记录模块403和数据处理模块404，有利于使用者通过该***对检测数据进行传输记录，数据处理模块404连接有坐标建立模块405和曲线建立模块406，有利于该***将采集到的数据建立形成阻抗曲线。
温度补偿模块5包括温度记录模块501和温度处理模块504，有利于对环境的温度数据进行采集和记录，温度记录模块501连接有温度测量模块502和温度储存模块503，温度处理模块504连接有温度拟合模块505，有利于对采集的数据进行记录，并将各温度下的数据进行阻抗曲线拟合，反馈学习模块6包括反馈学习***601，反馈学习***601连接有深度学习方法602、概率统计方法603和稀疏数据重构方法604，***整体基于物理模型，有利于实现该***进行深度反馈学习的功能。
数据拟合模块7包括拟合模型模块701，拟合模型模块701连接有阻抗拟合模型702和温度拟合模型704，阻抗拟合模型702连接有压电结构耦合模型703，温度拟合模型704连接有非线性温度耦合模型705，有利于实现对***对温度进行合并拟合的功能，确保该***可根据温度环境对测量结果做出补偿。
一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法，具体包括以下步骤：
S1.仪器安装
将压电传感器阵列1通过粘合剂固定设置到待检测试件表面，通过电线将压电传感器阵列1和阻抗分析仪2进行连接，将阻抗分析仪2和中央处理计算机3连接，有利于实现该***对数据的基本采集功能；
S2.数据采集
开启阻抗分析仪2，通过中央处理计算机3的数据预处理模块4进行数据采集，数据通过数据库401的数据传输模块402和数据记录模块403进行数据传输和记录，实现该***对数据的采集功能；
S3.数据处理
采集到的数据通过数据处理模块404进行阻抗曲线建立，更换多个不同损坏程度的待检测试件重复S1到S2的过程，测得待测试件在不同损坏程度下阻抗曲线，便于该***后续对测量结果进行拟合；
S4.结果拟合
将多组不同的阻抗曲线输入到拟合模型模块701，通过连接有压电结构耦合模型703的阻抗拟合模型702对检测结果进行拟合，实现对损伤进行识别，将待检测组件设置到不同的温度环境中，重复S1到S3的过程，测得不同温度下的阻抗曲线，通过压电结构耦合模型703和非线性温度耦合模型705测得在进行损伤识别时基于不同温度对数据进行补正，有利于提升该***整体在不同温度下检测的精确性；
S5.反馈学习
更换不同种类的试件进行多次检测，将检测结果输入到反馈学习模块6，通过深度学习方法602和概率统计方法603结合稀疏数据重构方法604，使反馈学习***601进行深度学习，实现该***后续使用时的自主损伤检测识别，有利于该***通过多次使用进行深度学习，提升该***的使用效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，包括压电传感器阵列(1)，其特征在于：所述压电传感器阵列(1)连接有阻抗分析仪(2)，所述阻抗分析仪(2)连接有中央处理计算机(3)；
所述中央处理计算机(3)双向连接有数据预处理模块(4)、数据拟合模块(7)、温度补偿模块(5)和反馈学习模块(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，其特征在于：所述数据预处理模块(4)包括数据库(401)，所述数据库(401)连接有数据传输模块(402)、数据记录模块(403)和数据处理模块(404)。
3.根据权利要求2所述的一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，其特征在于：所述数据处理模块(404)连接有坐标建立模块(405)和曲线建立模块(406)。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，其特征在于：所述温度补偿模块(5)包括温度记录模块(501)和温度处理模块(504)，所述温度记录模块(501)连接有温度测量模块(502)和温度储存模块(503)，所述温度处理模块(504)连接有温度拟合模块(505)。
5.根据权利要求1所述的一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，其特征在于：所述反馈学习模块(6)包括反馈学习***(601)，所述反馈学习***(601)连接有深度学习方法(602)、概率统计方法(603)和稀疏数据重构方法(604)。
6.根据权利要求1所述的一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，其特征在于：所述数据拟合模块(7)包括拟合模型模块(701)，所述拟合模型模块(701)连接有阻抗拟合模型(702)和温度拟合模型(704)。
7.根据权利要求6所述的一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别***，其特征在于：所述阻抗拟合模型(702)连接有压电结构耦合模型(703)，所述温度拟合模型(704)连接有非线性温度耦合模型(705)。
8.一种基于压电阻抗技术的结构损伤识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.仪器安装
将压电传感器阵列(1)通过粘合剂固定设置到待检测试件表面，通过电线将压电传感器阵列(1)和阻抗分析仪(2)进行连接，将阻抗分析仪(2)和中央处理计算机(3)连接；
S2.数据采集
开启阻抗分析仪(2)，通过中央处理计算机(3)的数据预处理模块(4)进行数据采集，数据通过数据库(401)的数据传输模块(402)和数据记录模块(403)进行数据传输和记录；
S3.数据处理
采集到的数据通过数据处理模块(404)进行阻抗曲线建立，更换多个不同损坏程度的待检测试件重复S1到S2的过程，测得待测试件在不同损坏程度下阻抗曲线；
S4.结果拟合
将多组不同的阻抗曲线输入到拟合模型模块(701)，通过连接有压电结构耦合模型(703)的阻抗拟合模型(702)对检测结果进行拟合，实现对损伤进行识别，将待检测组件设置到不同的温度环境中，重复S1到S3的过程，测得不同温度下的阻抗曲线，通过压电结构耦合模型(703)和非线性温度耦合模型(705)测得在进行损伤识别时基于不同温度对数据进行补正；
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117309060A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-12-29 | 广东省装饰有限公司 | 一种基于云计算的建筑幕墙结构性能监测*** |
| CN117330604A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-01-02 | 深圳市城市公共安全技术研究院有限公司 | 自动化温度补偿方法、装置、计算机设备及存储介质 |
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