基于期望最大化算法的蘭姆波信號參數(shù)估計方法

　　在基于蘭姆波技術(shù)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測或無損檢測系統(tǒng)中，從信號中提取的波包的準確有效特性是評估損傷的關(guān)鍵因素。然而，彈性波的色散效應(yīng)和多模特性使得數(shù)據(jù)提取困難，分辨率降低，從而進一步阻礙了蘭姆波損傷檢測的有效性。在這項研究中，我們提出了一種基于模型的方法來從噪聲信號中提取有效特性。以窄帶Gabor脈沖為入射脈沖，考慮一般非線性頻散（二次頻散），建立了具有五個參數(shù)的頻散波包模型，并通過期望最大化（Em）算法得到了每個波包的參數(shù)向量。模型中的參數(shù)反映了信號的特點，可進一步應(yīng)用于結(jié)構(gòu)損傷的定位和評估。為了研究信號的收斂性，考慮了不同采樣率和噪聲強度的合成信號。利用各向同性鋁板的實驗數(shù)據(jù)驗證了該方法的有效性。

　　蘭姆波是在板狀結(jié)構(gòu)中傳播的導(dǎo)波，又稱板狀波。對于大型板狀結(jié)構(gòu)的損傷診斷，具有傳播距離長、能量損失小、對內(nèi)部和表面缺陷不敏感、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）或無損檢測等優(yōu)點。基于蘭姆波的無損檢測（NDE）技術(shù)被廣泛認為是一種有前途的技術(shù)，對于主動蘭姆波技術(shù)而言，初始超聲彈性波通常是由安裝在監(jiān)測結(jié)構(gòu)上或嵌入監(jiān)測結(jié)構(gòu)中的執(zhí)行器產(chǎn)生的。彈性波遇到損傷或邊界時會發(fā)生反射/散射，這可以通過信號分析來揭示。利用提取的波包到達時間，采用橢圓法、三角法等經(jīng)典方法對損傷進行定位，利用模式信息進行散射分析，進行損傷識別，對大型結(jié)構(gòu)的損傷診斷，利用激勵器在表面上產(chǎn)生導(dǎo)波。測試結(jié)構(gòu)的表面（或內(nèi)部），而不是通過常規(guī)超聲波測試掃描整個表面。蘭姆波的傳播介質(zhì)是具有自由上下邊界的板狀結(jié)構(gòu)，通過對信號的分析，可以定位和分析缺陷對結(jié)構(gòu)的影響。利用蘭姆波技術(shù)可以實現(xiàn)對監(jiān)測結(jié)構(gòu)的快速檢測。

　　然而，在蘭姆波測試中，色散的性質(zhì)增加了信號的持續(xù)時間，降低了振幅。由于損傷與結(jié)構(gòu)之間的相互作用，反射波包可能在所獲得的信號中嚴重重疊。在實際應(yīng)用中，背景噪聲會導(dǎo)致信噪比（SNR）變?nèi)?，使問題更具挑戰(zhàn)性。因此，所有這些因素都使得信號不那么簡單和難以讀取。作為另一個主要問題，多模特性還沒有通過應(yīng)用來解決。即使在低頻厚度積下，a0和s0模也能在結(jié)構(gòu)中傳播，并且隨著頻率厚度積的增加，更多的?？赡苁剐盘枏?fù)雜化。由于這些原因，在測試中，通常是激發(fā)頻率限制在相對非色散區(qū)的單模。即使如此，模態(tài)轉(zhuǎn)換也會引起與激勵不同的其它模態(tài)，因此多模特性問題是不可避免的。實際上，識別不同于激勵的模態(tài)可以用來識別損傷類型，幫助理解入射波和損傷之間的相互作用。