【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于木材無(wú)損檢測(cè)，具體涉及一種基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法與系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、木材在使用過(guò)程中容易產(chǎn)生微觀和宏觀的損傷，并且隨著損傷的累積會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效而造成坍塌的嚴(yán)重后果。所以，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)木材的損傷程度是確保木結(jié)構(gòu)安全使用的關(guān)鍵。
2、木材作為一種非金屬材料，適用的無(wú)損檢測(cè)方法十分有限，目前應(yīng)用最為廣泛的是基于機(jī)械波原理的無(wú)損檢測(cè)方法，此類方法主要包括應(yīng)力波、超聲波和聲發(fā)射三種檢測(cè)技術(shù)，其中，應(yīng)力波和超聲波本質(zhì)上是一種基于激勵(lì)-響應(yīng)模式的主動(dòng)檢測(cè)方式，通常僅適用于局部的靜態(tài)無(wú)損檢測(cè)。而聲發(fā)射技術(shù)是一種全局的被動(dòng)式動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式，其基本原理在于木材發(fā)生損傷時(shí)會(huì)以機(jī)械波的形式釋放應(yīng)變能，而這種機(jī)械波又稱為聲發(fā)射信號(hào)。所以，通過(guò)采集并分析木材使用過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，則可以客觀評(píng)價(jià)木材的損傷程度及健康水平。
3、聲發(fā)射技術(shù)在木材中的應(yīng)用可以追溯到上世紀(jì)60年代，但是相關(guān)研究主要集中在木材聲發(fā)射信號(hào)及其傳播特性方面，早期由于受信號(hào)采集設(shè)備的限制，主要通過(guò)聲發(fā)射儀給出的測(cè)量參數(shù)對(duì)木材的損傷過(guò)程作定性的描述。隨著信號(hào)采集與存儲(chǔ)設(shè)備的迅猛發(fā)展，最近十多年，許多學(xué)者從聲發(fā)射波形上深入研究了聲發(fā)射信號(hào)在木材中的傳播速度、能量衰減、聲發(fā)射源定位等傳播特性，從而為基于聲發(fā)射的木材損傷監(jiān)測(cè)提供了新的途徑。
4、現(xiàn)有木材聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方面的專利主要包括聲發(fā)射信號(hào)采集、聲發(fā)射信號(hào)處理、聲發(fā)射檢測(cè)相關(guān)裝置等方面，其中，專利cn104634878a一種基于聲發(fā)射技術(shù)的木材損傷監(jiān)測(cè)方法，其利用無(wú)線傳
5、目前，在采用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)木材損傷方面，都需要對(duì)原始采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域分析或分解，專利cn110196283a一種基于瞬時(shí)頻率的木結(jié)構(gòu)損傷聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，需要對(duì)原始聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解后再計(jì)算相應(yīng)的瞬時(shí)頻率；專利cn117783294b一種基于聲發(fā)射能量熵的木材損傷動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法與系統(tǒng)，則需要對(duì)原始聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行小波包分解后再計(jì)算能量熵。雖然這些專利中提出的瞬時(shí)頻率和能量熵指標(biāo)均能客觀反映木材的損傷程度，但是為了獲得這些指標(biāo)，需要采集系統(tǒng)具備很高的數(shù)據(jù)處理能力，嚴(yán)重限制了這些方法在實(shí)際應(yīng)用中的推廣使用。其次，由于聲發(fā)射信號(hào)的能量是木材損傷時(shí)所釋放的應(yīng)變能最直接的反映，所以聲發(fā)射信號(hào)的能量是木材損傷評(píng)價(jià)最關(guān)鍵和最本質(zhì)的依據(jù)。但是，目前直接應(yīng)用聲發(fā)射信號(hào)的能量評(píng)價(jià)木材損傷程度的方法尚未見(jiàn)報(bào)道。
6、因此如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足是目前木材無(wú)損檢測(cè)
亟需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法與系統(tǒng)。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，包括如下步驟：
4、步驟（1），在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上安裝至少一個(gè)聲發(fā)射傳感器；
5、步驟（2），實(shí)時(shí)獲取聲發(fā)射傳感器采集的原始聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)；當(dāng)信號(hào)幅值低于設(shè)定閾值時(shí)視為無(wú)損傷發(fā)生，不采集信號(hào)；當(dāng)信號(hào)幅值達(dá)到或超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)開(kāi)始采集信號(hào)，當(dāng)信號(hào)幅值連續(xù)20次低于設(shè)定閾值的10%時(shí)停止采集信號(hào)；將采集到的這段信號(hào)視為一次有效聲發(fā)射信號(hào)，并記為x，x=(x1,x2,...,xn)；
6、其中，n為信號(hào)x的長(zhǎng)度值；x1為第1次采集到的信號(hào)幅值，x2為第2次采集到的信號(hào)幅值，xn為第n次采集到的信號(hào)幅值；所述的設(shè)定閾值為0.5v；
7、步驟（3），從x中依次提取每個(gè)信號(hào)xi，如果|xi|大于等于0.5v，則將相應(yīng)的信號(hào)幅值xi記錄到變量y中，記錄時(shí)，按照采集的先后順序進(jìn)行記錄，得到有效的聲發(fā)射信號(hào)y，y=(y1,y2,...,ys)；
8、其中，xi為第i次采集到的信號(hào)幅值，i=1,2，...，n；s為信號(hào)y的長(zhǎng)度值；y1為x中第1個(gè)信號(hào)幅值絕對(duì)值大于等于0.5v的信號(hào)幅值，y2為x中第2個(gè)信號(hào)幅值絕對(duì)值大于等于0.5v的信號(hào)幅值，ys為x中第s個(gè)信號(hào)幅值絕對(duì)值大于等于0.5v的信號(hào)幅值；
9、步驟（4），計(jì)算采集到的這段信號(hào)的有效能量密度ρ，計(jì)算公式如下：
10、；
11、其中，yk為x中第k個(gè)信號(hào)幅值絕對(duì)值大于等于0.5v的信號(hào)幅值；k=1,2，...，s；
12、步驟（5），根據(jù)有效能量密度評(píng)價(jià)木材損傷等級(jí)：
13、當(dāng)時(shí)，為輕微損傷；
14、當(dāng)時(shí)，為中度損傷；
15、當(dāng)時(shí)，為重度損傷；
16、當(dāng)時(shí)，為嚴(yán)重?fù)p傷。
17、進(jìn)一步，在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上每隔80cm安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器。
18、進(jìn)一步，步驟（1）中，采用utm5105型電子萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器，且該聲發(fā)射傳感器距離力學(xué)試驗(yàn)機(jī)壓頭80mm。
19、進(jìn)一步，步驟（4）中，ρ的取值范圍為[0,1]。
20、進(jìn)一步，還包括如下步驟：記錄動(dòng)態(tài)的有效能量密度及損傷等級(jí)，其中，損傷等級(jí)分為輕微、中度、重度、嚴(yán)重?fù)p傷4個(gè)等級(jí)。
21、進(jìn)一步，還包括如下步驟：記錄y的波形，當(dāng)y被評(píng)定為中度損傷時(shí)，在相應(yīng)的波形峰值處標(biāo)注注意字樣；
22、當(dāng)y被評(píng)定為重度損傷時(shí)，在相應(yīng)的波形峰值處標(biāo)注警告字樣；
23、當(dāng)y被評(píng)定為嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，在相應(yīng)的波形峰值處標(biāo)注危險(xiǎn)字樣。
24、本專利技術(shù)同時(shí)提供一種基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)，采用上述基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，包括：聲發(fā)射傳感器、前置放大器、高速數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和信號(hào)采集觸發(fā)開(kāi)關(guān)；
25、所述的聲發(fā)射傳感器安裝在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上，用于采集待檢測(cè)木材的原始聲發(fā)射信號(hào)；
26、前置放大器的輸入端與聲發(fā)射傳感器的輸出端相連，用于將采集到的待檢測(cè)木材的原始聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行放大；
27、前置放大器的輸出端通過(guò)信號(hào)采集觸發(fā)開(kāi)關(guān)與高速數(shù)據(jù)采集卡的輸入端相連；高速數(shù)據(jù)采集卡用于采集前置放大器放大后的原始聲發(fā)射信號(hào)；
28、當(dāng)原始聲發(fā)射信號(hào)幅值達(dá)到或超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，信號(hào)采集觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合；
29、高速數(shù)據(jù)采集卡將其獲取的原始聲發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的lab?view數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，然后按照步驟（2）~步驟（5）進(jìn)行檢測(cè)。
30、進(jìn)一步，前置放大器為40db的前置放大器。...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上每隔80cm安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，步驟（1）中，采用UTM5105型電子萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器，且該聲發(fā)射傳感器距離力學(xué)試驗(yàn)機(jī)壓頭80mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，步驟（4）中，ρ的取值范圍為[0,1]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，還包括如下步驟：記錄動(dòng)態(tài)的有效能量密度及損傷等級(jí)，其中，損傷等級(jí)分為輕微、中度、重度、嚴(yán)重?fù)p傷4個(gè)等級(jí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，還包括如下步驟：記錄Y的波形，當(dāng)Y被評(píng)定為中度損傷時(shí)，在相應(yīng)的波形峰值處標(biāo)注注意字樣；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，前置放大器為40dB的前置放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的高速數(shù)據(jù)采集卡為8通道高速數(shù)據(jù)采集卡，信號(hào)采集頻率設(shè)置為500kHz。
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上每隔80cm安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，步驟（1）中，采用utm5105型電子萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，在待檢測(cè)木材長(zhǎng)度方向上安裝一個(gè)聲發(fā)射傳感器，且該聲發(fā)射傳感器距離力學(xué)試驗(yàn)機(jī)壓頭80mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，步驟（4）中，ρ的取值范圍為[0,1]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲發(fā)射有效能量密度的木結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，還包括如下步驟：記錄動(dòng)態(tài)的有效能量密度及損傷等級(jí)，其中...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方賽銀，李明，鄧婷婷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西南林業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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