セクター圧電センサアレイ送信機ビームフォーミングMUSICアルゴリズムに基づく構造物の損傷イメージング方法

Sector Piezoelectric Sensor Array Transmitter Beamforming MUSIC Algorithm Based Structure Damage Imaging Method.

• Tao Fu
• Yi Wang
• Lei Qiu
• Xin Tian

抄録

弾性波を用いた構造物の健全性モニタリング技術は、その感度と地域的なモニタリングを実現する能力から、幅広い応用の可能性を秘めています。大きな減衰や特定の形状を持つ構造物の場合、従来の損傷モニタリング手法では、センサの配置面積に制限があり、低S/N比の影響を受けるため、構造物の損傷箇所を正確に特定することが困難であった。この問題を解決するために，本論文では，複数信号分類アルゴリズムのためのセクタ圧電センサアレイを用いた損傷監視手法を提案した．特定の構造物に適した2つのセクタ圧電センサアレイを配置することで，多励起源下の損傷散乱アレイ信号を得て合成し，S/N比を向上させ，損傷位置の精度を向上させた．また、本手法の有効性については、金属リングを用いた円形接合構造物の損傷をモニタリングすることで検証した。従来の単一励起源多重信号分類アルゴリズム、パスイメージング、遅延和イメージングに基づく損傷定位法と比較して、本手法はより優れた損傷位置を実現し、より高い定位精度を有することが確認された。

Elastic-wave-based structural health monitoring technology has a broad application potential for its sensitivity and ability to achieve regional monitoring. For structures with large damping and specific shapes, the traditional damage monitoring method is limited by the sensor arrangement area and affected by low signal-to-noise ratios, so it is difficult to accurately locate the damage in a structure. To solve this problem, this paper proposed a damage monitoring method based on a sector piezoelectric sensor array for multiple signal classification algorithm. By arranging two sector piezoelectric sensor arrays that are suitable for a specific structure, the damage scattering array signal under the multi-excitation source was obtained and synthesized, the signal-to-noise ratios were improved, and the damage location accuracy was thus improved. The effectiveness of the method was verified by monitoring the damage in a circular bonded structure with a metal ring. Compared with the damage localization methods based on the traditional single excitation source multiple signal classification algorithm, path imaging and delay-sum imaging, this method can achieve better damage location and has a higher localization accuracy.