本发明属于结构健康监测领域，尤其涉及一种考虑温度效应补偿的机电阻抗结构损伤识别方法和装置。
背景技术：
1、近年来我国基础设施建设得到了飞跃式的发展，土木工程结构由于其处于长期复杂多变的环境下作业，受自身材料退化、环境腐蚀、外力干扰、机械作业引起的疲劳等耦合因素影响，造成结构或构件的损伤。其中绝大部分损伤属于一个渐变的过程，并且无论是建造期还是服役期，结构自身的微小损伤通过肉眼难以识别，而随着微小损伤积少成多导致的后续构件局部损伤甚至结构性破坏对于诸多复杂结构是致命的，而如何尽早准确探测到这些微小损伤在健康检测领域是一大热点，亦是一大难点。基于机电阻抗技术的结构损伤识别系通过将压电陶瓷(pzt)传感器粘结于结构表面或植入结构内部，设置局部高频激励，利用pzt正逆压电效应，以pzt自身同时作为驱动器和传感器，获取结构局部性能(质量、刚度、阻尼等)相关信息来实现局部微小损伤的识别。
2、然而，基于机电阻抗的结构损伤识别方法在推向实际应用过程中存在一定的阻碍，即较易受到温度影响，由于待检测/监测的目标结构常处于热变化环境中，外贴式pzt传感器的介电常数随着温度升高呈指数增长，压电常数随温度升高呈线性增长，介电常数的变化会大幅度影响导纳值大小，使得pzt-目标结构电耦合过程中出现电导波谱的水平偏移与竖向波动，从而影响结构损伤识别的准确性。
3、此前相关研究工作采取解耦方法从原始阻抗信号分离出温度相关的成分，从而提高结构识别的精度([1]sen d,erazo k,zhang w,et al.on the effectiveness ofprincipal component analysis for decoupling structural damage andenvironmental effects in bridge structures.journal of sound and vibration,2019,457:280-298.[2]an yk and sohn h.integrated impedance and guided wavebased damage detection.mechanical systems and signal processing,2012,28:50-62.)，然而此类方法的不足在于难以完全排除温度效应，且不同损伤类型之间的阻抗或导波相互作用难以解释。②另一类基于数据处理、特征识别、机器学习等方法，通过对阻抗信号进行合适的特征定义与特征提取，或通过空间变换，实现不同温度情况下的结构损伤分类([3]arredondo mat,perez js and cabanes g.an optimal baseline selectionmethodology for data-driven damage detection and temperature compensation inacousto-ultrasonics.smart materials and structures,2016,25:055034.[4]li h,aid,zhu h,et al.integrated electromechanical impedance technique withconvolutional neural network for concrete structural damage quantificationunder varied temperatures.mechanical systems and signal processing,2021,152:107467.)，然而此类方法的识别效果与所建立的识别模型之间内在联系本质上系一个黑盒，难以对其进行物理解释，识别效果具有一定的随机性。③第三类方法主要利用信号之间的相关性分析，通过预先准备的基线信号中寻找与目标信号最为相似的测量值，从而完成信号匹配与温度补偿([5]koo ky,park s,lee jj,et al.automated impedance-basedstructural health monitoring incorporating effective frequency shift forcompensating temperature effects.journal of intelligent material systems andstructures,2009,20:367-377.[6]dreisbach a,yokaribas v,dietrich g,et al.anoveldata-based approach for monitoring fatigue crack propagation in welded jointsunder varying ambient temperature using the electromechanicaladmittance.structural health monitoring,2023,22(5):3270-3285.)，然而此种方法需要事先准备一个较大温度范围的基线阻抗数据集，且补偿方式更加适用于频带较窄的阻抗数据。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑温度效应补偿的机电阻抗结构损伤识别方法和装置。
2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种考虑温度效应补偿的机电阻抗结构损伤识别方法，包括：
3、对结构无损状态进行电导波谱预采集，并构建基线电导波谱与电导参考数据集；所述基线电导波谱为结构无损状态、基线温度下的电导波谱；所述电导参考数据集至少包括待测结构无损状态下采集电导波谱时温度下的电导波谱；
4、对结构待测状态下的电导波谱进行采集，并通过动态时间规整算法进行温度补偿，得到补偿后的待测电导波谱；
5、计算基线电导波谱与补偿后的待测电导波谱的均方根偏差损伤指标，获得待测结构的损伤程度。
6、进一步地，还包括：搭建基于机电阻抗技术的结构健康监测系统，用于采集结构的电导波谱数据；
7、所述结构健康监测系统包括：阻抗分析仪、若干pzt传感器、温度传感器和数据基站；
8、其中每个pzt传感器对应于一个监测点位；所述阻抗分析仪用于对所述pzt传感器进行电压激励，以在对应监测点位处产生电导纳信号；所述温度传感器用于对所述目标结构当前状态下的环境温度进行记录；所述数据基站用于对阻抗分析仪发出指令，以及存储电导波谱数据。
9、进一步地，所述对结构无损状态进行电导波谱预采集，并构建基线电导波谱与电导参考数据集，包括：
10、结构处于无损状态时，采集温度分别为t1,t2,…,tm时的电导波谱，记为m为温度工况总数，每个温度工况下的频率采样点数为n，记为基线电导波谱。
11、进一步地，所述对结构待测状态下的电导波谱进行采集，包括：
12、对待测结构，采集当前温度ti下的电导波谱，采样点数为n，则待测电导波谱表示为
13、
14、进一步地，所述通过动态时间规整算法进行温度补偿，得到补偿后的待测电导波谱，包括：
15、从电导参考数据集中获取结构无损状态下温度为ti的电导波谱以及基线电导波谱即温度为t1下的电导波谱其中t1为基线温度；
16、确定结构无损状态、温度为ti下映射至温度为t1下的电导波谱规整路径
17、将所述规整路径应用于待测电导波谱对各个响应进行重映射，形成补偿后的待测电导波谱
18、进一步地，所述确定结构无损状态、温度为ti下映射至温度为t1下的电导波谱规整路径即由映射至将采样点映射至的映射路径定义为
19、根据式(1)计算与间局部损失矩阵中各个元素获得从补偿至的幅值响应规整损失；
20、根据式(2)通过递归计算形成与间的全局损失矩阵中各个元素从而确定所述规整路径
21、
22、式中，deucl(.)表示两个采样点之间的欧氏距离。
23、进一步地，所述规整路径满足以下条件：
24、(i)边界条件：规整路径由起始采样点开始，终于对角线角点，即起始点为w1＝(1,1)，终点为wk＝(n,n)，其中，k为映射数，需满足n≤k≤2n-1；
25、(ii)连续性：规整路径中第k个映射(即nk至nj)，对于2≤k≤n与2≤j≤n，需满足|nk-nk-1|≤1与|nj-nj-1|≤1；
26、(iii)单调性：需满足|nk-nk-1|≥0与|nj-nj-1|≥0。
27、进一步地，计算基线电导波谱与补偿后的待测电导波谱的均方根偏差损伤指标，即rmsd；
28、
29、式中，表示在电导波谱补偿后，用于计算损伤指标的波谱频段内响应点数量。
30、进一步地，所述结构包括混凝土结构、钢结构和复合材料结构。
31、本发明还提供了一种考虑温度效应补偿的机电阻抗结构损伤识别装置，包括：
32、数据采集模块，用于对结构无损状态进行电导波谱预采集，并构建基线电导波谱与电导参考数据集；以及对结构待测状态下的电导波谱进行采集；所述基线电导波谱为结构无损状态、基线温度下的电导波谱；所述电导参考数据集至少包括待测结构无损状态下采集电导波谱时温度下的电导波谱；
33、温度补偿模块，用于通过动态时间规整算法对待测电导波谱进行温度补偿，得到补偿后的待测电导波谱；
34、损伤识别模块，用于计算基线电导波谱与补偿后的待测电导波谱的均方根偏差损伤指标，获得待测结构的损伤程度。
35、本发明的有益效果是，通过考虑温度损伤效应补偿，可以有效提高基于机电阻抗的结构损伤识别精度，精度优于现有方法，且具有原理简单、操作简便等优点。
1.一种考虑温度效应补偿的机电阻抗结构损伤识别方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：搭建基于机电阻抗技术的结构健康监测系统，用于采集结构的电导波谱数据；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对结构无损状态进行电导波谱预采集，并构建基线电导波谱与电导参考数据集，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对结构待测状态下的电导波谱进行采集，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过动态时间规整算法进行温度补偿，得到补偿后的待测电导波谱，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定结构无损状态、温度为ti下映射至温度为t1下的电导波谱规整路径即由映射至将采样点映射至的映射路径定义为
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述规整路径满足以下条件：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算基线电导波谱与补偿后的待测电导波谱的均方根偏差损伤指标，即rmsd；
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构包括混凝土结构、钢结构和复合材料结构。
10.一种考虑温度效应补偿的机电阻抗结构损伤识别装置，其特征在于，包括：
