[發(fā)明專(zhuān)利]一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的欠采樣信號(hào)沖擊定位處理方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510958665.8
• 申請(qǐng)日: 2015-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105628868B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁梅;徐瑤;董韶鵬;龐卓;牛奔;徐廣帥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N33/00
• 代理公司: 北京鼎承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11551
• 代理人: 韓德凱;孟奎

本發(fā)明公開(kāi)一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的欠采樣信號(hào)沖擊定位處理方法和系統(tǒng)，方法包括：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上沖擊操作遍歷結(jié)構(gòu)各個(gè)區(qū)域，獲取各沖擊區(qū)域低頻傳感器陣列的信號(hào)樣本集；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上實(shí)時(shí)激勵(lì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，低頻傳感器陣列采集獲得欠采樣信號(hào)；依據(jù)所述欠采樣信號(hào)應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，在訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行粗定位；在粗定位基礎(chǔ)上，應(yīng)用稀疏表示分類(lèi)算法，在訓(xùn)練樣本集獲得字典集基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料的沖擊定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的欠采樣信號(hào)沖擊定位處理方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大型飛機(jī)的研制和發(fā)展水平是一個(gè)國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平和綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。作為飛機(jī)的重要組成部分，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)是影響飛行安全性、可靠性和承載能力的核心因素；而為追求輕質(zhì)量高強(qiáng)度，大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)中對(duì)復(fù)合材料的使用越來(lái)越普遍。

復(fù)合材料在加工和使用過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生損傷，因而有必要對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM，Structural Health Monitoring)。由于沖擊載荷易造成結(jié)構(gòu)損傷，因而是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)所關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。飛機(jī)、輪船等大型結(jié)構(gòu)，特別是表面蒙皮在服役過(guò)程中不可避免地會(huì)遭受不同物體的沖擊，如冰雹、飛鳥(niǎo)、魚(yú)群或者在安裝維護(hù)過(guò)程中的工具撞擊。這些沖擊載荷會(huì)導(dǎo)致原本健康完好的材料產(chǎn)生劣化，而本身含有固有缺陷的材料發(fā)生缺陷的擴(kuò)展。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊載荷后可能產(chǎn)生分層、基質(zhì)裂化、纖維斷裂等損傷。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受到的沖擊根據(jù)其能量級(jí)別分為高速?zèng)_擊和低速?zèng)_擊兩類(lèi)，所謂低速?zèng)_擊載荷是指材料受到該沖擊后不會(huì)在表面產(chǎn)生目視可見(jiàn)損傷的沖擊載荷。材料受到低速?zèng)_擊后，雖然表面難以察覺(jué)，但在材料內(nèi)部卻可能產(chǎn)生脫膠、分層等損傷。在這種情況下，由于沖擊載荷不易被肉眼直接察覺(jué)，因此很難對(duì)材料是否受到?jīng)_擊及沖擊位置情況進(jìn)行判別，從而影響材料的及時(shí)維修。

光纖布拉格光柵(FBG，F(xiàn)iber Bragg Grating)是一種光纖傳感器，可以通過(guò)波分復(fù)用的形式，在一條光纖上串接多個(gè)傳感器，大大減少了傳感器接線的復(fù)雜性。FBG傳感器具有靈敏度高、體積小、重量輕、抗電磁干擾、耐腐蝕等特點(diǎn)，可方便地編織到復(fù)合材料中；因此，F(xiàn)BG傳感器在復(fù)合材料中的應(yīng)用前景非常廣泛。目前，F(xiàn)BG傳感器陣列作為敏感元件監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力/應(yīng)變和沖擊載荷，已經(jīng)在一些飛機(jī)的智能蒙皮中得到應(yīng)用，用于結(jié)構(gòu)的意外撞擊監(jiān)測(cè)、模態(tài)分析和載荷譜分析等。但是，由于受到信號(hào)調(diào)制解調(diào)儀帶寬的限制，F(xiàn)BG傳感器的頻帶比較低，采集沖擊信號(hào)會(huì)丟失信息，而一些時(shí)空域的信號(hào)處理方法包括：應(yīng)變幅值定位算法、時(shí)差定位算法等需要較高的時(shí)間分辨能力，因此不適用于基于FBG的沖擊載荷定位。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例期望提供一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的欠采樣信號(hào)沖擊定位處理方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的欠采樣信號(hào)沖擊定位處理方法，所述方法包括：

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上沖擊操作遍歷結(jié)構(gòu)各個(gè)區(qū)域，獲取各沖擊區(qū)域低頻傳感器陣列的信號(hào)樣本集，對(duì)樣本集提取信號(hào)特征訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)樣本集進(jìn)行字典訓(xùn)練獲得字典集，建立定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上實(shí)時(shí)激勵(lì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，低頻傳感器陣列采集獲得欠采樣信號(hào)；

依據(jù)所述欠采樣信號(hào)應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，在訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行粗定位；

在粗定位基礎(chǔ)上，應(yīng)用稀疏表示分類(lèi)算法，在訓(xùn)練樣本集獲得字典集基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)定位。

上述方案中，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上沖擊操作遍歷結(jié)構(gòu)各個(gè)區(qū)域，獲取各沖擊區(qū)域低頻傳感器陣列的信號(hào)樣本集；包括：

對(duì)所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的低頻傳感器陣列，對(duì)每個(gè)沖擊區(qū)域，進(jìn)行多次沖擊操作，獲得傳感器陣列采集的信號(hào)集，建立每個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)域的欠采樣沖擊信號(hào)樣本集；

遍歷結(jié)構(gòu)上每個(gè)區(qū)域，重復(fù)上述操作，建立所有結(jié)構(gòu)區(qū)域的欠采樣沖擊信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)。