Passive defect localization in reverberating plates using ambient noise correlation
Surveillance passive des milieux réverbérants par corrélation de bruit ambiant : application à la localisation de défauts
Résumé
Green’s functions retrieval from ambient noise correlation has recently drawn a new interest
in structural health monitoring. In this manuscript, we propose an original method
based on this approach to detect and locate defects (cracks, holes, grooves) in a reverberant
thin plate with a limited number of sensors. Flexural waves that propagate on the plate
are generated by either a set of sources distributed randomly on the surface or an ambient
noise. Covariance matrices are estimated from the sparse array after damage and compared
to baseline-correlation matrix recorded from the healthy plate. An evaluation criterion has
developed in the form of relative noise level to predict the quality of the GF reconstruction.
The differential correlation matrix w/o defect is used to localize the defect. We have shown
numerically and experimentally that this technique is exploitable for defect detection and
localization, despite a non-perfect estimation of the GF. We have also proposed a passive
technique to identify the regions of noise. A filtering technique based on the singular value
decomposition is shown to improve the detection. A secondary acoustic sources have been
developped to harvesting the LF ambient noise to HF field, used to localize defects in platelike
structures. Finally, it was shown that such method could also be used to characterize a
defect in a reverberant structure, in particular, it has been drawn that the obtained images
intensity is related to the defect cross-section.
Keywords : Passive imaging, noise correlation, Green’s functions, Lamb waves, reverberation,
DORT method, defect localization.
La reconstruction passive des fonctions de Green par corrélation de bruit ambiant suscite
aujourd’hui un grand intérêt en contrôle santé intégré (CSI). Dans ce manuscrit, nous
proposons une méthode originale reposant sur l’application de cette approche pour détecter
et localiser des défauts (fissures, trous, rainures) dans des plaques minces réverbérantes
avec un faible nombre de capteurs. Les ondes de flexion qui se propagent sur la plaque sont
engendrées soit par un ensemble de sources aléatoirement réparties sur la surface ou un
bruit ambiant. Un réseau de capteurs sensibles au déplacement normal permet d’estimer
la matrice de corrélations inter-éléments avant et après l’apparition d’un défaut. Un critère
d’évaluation de la qualité des corrélations est proposé sous forme d’un niveau de bruit relatif
entre les résidus de reconstruction et les fonctions de Green. La matrice différentielle de
corrélations avant et après défaut est utilisée pour l’imagerie de défaut. En dépit de la reconstruction
imparfaite des réponses impulsionnelles, la technique proposée s’avère comparable
aux méthodes actives avec une excellente résolution. On a proposé ensuite une extension
de la méthode passive par corrélation de champs pour l’identification des zones de bruit.
Un filtrage basé sur la technique de décomposition en valeurs singulières (DORT) est tout
particulièrement utilisé pour améliorer les images de localisation. Des sources acoustiques
secondaires ont été développées pour la translation du bruit ambiant basses fréquences en
composantes hautes fréquences, utilisées pour localiser des défauts dans des plaques. Enfin,
on a montré que ce type de méthode pourrait être également utilisé pour caractériser un
défaut dans une structure réverbérante, en particulier, il a été souligné que l’intensité des
images de localisation obtenues est liée à la section de diffusion de celui-ci.
Mots clés : Imagerie passive, corrélation de bruit, fonctions de Green, ondes de Lamb, réverbération, méthode DORT, localisation d’un défaut.
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