[發(fā)明專利]一種基于小波分析的復(fù)合材料損傷探測檢測方法

在審

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• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN107870205A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫紅兵;戴金橋;陳勇;熊樹;俞阿龍
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號: G01N29/46
• 分類號: G01N29/46;G01N29/24;G01N29/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料損傷檢測領(lǐng)域，具體是一種基于小波分析的復(fù)合材料損傷探測檢測方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同性能、不同形態(tài)的組分材料通過復(fù)合工藝組合而成的一種多相材料，它既保留了原組分材料的主要特點(diǎn)，又顯示了原組分材料所沒有的新性能。伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)合材料在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，己經(jīng)廣泛于軍事、航天、交通、電子電氣、等領(lǐng)域。由于復(fù)合材料很容易遭受外來破壞而產(chǎn)生損傷，所以對復(fù)合材料進(jìn)行損傷檢測就顯得很重要，目前對復(fù)合材料損傷信號高效的識別處理方法研究較少。

現(xiàn)有技術(shù)中，對復(fù)合材料的檢測一般采用聲發(fā)射法，檢測聲波一般采用蘭姆波，由于蘭姆波對損傷較敏感，且分析較容易，一般采用短時(shí)傅立葉變換、小波變換及上述的HHT變換等方法。常規(guī)傅里葉分析理論在時(shí)頻聯(lián)合分析方面存在局限，只能簡單的將時(shí)域信號轉(zhuǎn)化為頻域信號，而不能得到具體頻率段數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時(shí)間，這在數(shù)據(jù)處理中具有嚴(yán)重弊端；HHT變換在分解復(fù)雜信號時(shí)存在求解結(jié)果精度不高、計(jì)算時(shí)間長的不足，同時(shí)還存在邊端效應(yīng)、越界問題、停止準(zhǔn)則和虛假低頻成分過濾的問題。短時(shí)傅里葉變換在提取包絡(luò)時(shí)對設(shè)定的頻率處效果較好，對其他頻率的信號處理效果較差。小波變換能將數(shù)據(jù)分為n段處理，但是單純的小波變換不夠智能，需要專業(yè)人士才能識別信號，檢測不方便。另外，在對大面積的復(fù)合材料進(jìn)行損傷監(jiān)測時(shí)，由于監(jiān)測面積大，需要布置數(shù)目較多的傳感器組成大型傳感器網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際損傷監(jiān)測中，一般要求對整個(gè)大型傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃查，并對掃查得到的大量蘭姆波傳感信號進(jìn)行分析處理，使得損傷監(jiān)測的任務(wù)量很大，執(zhí)行效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于小波分析的復(fù)合材料損傷探測檢測方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于小波分析的復(fù)合材料損傷探測檢測方法，包括以下步驟：

步驟S1：在被測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中均勻布置多個(gè)光纖光柵傳感器，以形成光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)；

步驟S2：在傳感器網(wǎng)絡(luò)中選取多個(gè)用于對被測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行撞擊監(jiān)測的光纖光柵傳感器，作為撞擊監(jiān)測光纖光柵傳感器；

步驟S3：當(dāng)被測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)發(fā)生撞擊事件時(shí)，利用信號采集器同步采集撞擊監(jiān)測光纖光柵傳感器的撞擊響應(yīng)信號；

步驟S4：根據(jù)撞擊響應(yīng)信號進(jìn)行撞擊監(jiān)測，獲得撞擊事件參數(shù)；

步驟S5：根據(jù)撞擊事件參數(shù)確定損傷監(jiān)測區(qū)域；

步驟S6：根據(jù)探傷檢測區(qū)域的范圍，從光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)中選取相應(yīng)的光纖光柵傳感器作為損傷監(jiān)測光纖光柵傳感器，并制定相應(yīng)的掃查策略；

步驟S7：按照掃查策略，利用信號發(fā)生接收器通過損傷監(jiān)測光纖光柵傳感器向所述損傷監(jiān)測區(qū)域激發(fā)蘭姆波檢測信號；

步驟S8：利用信號發(fā)生接收器通過損傷監(jiān)測光纖光柵傳感器采集損傷信號；

步驟S9：構(gòu)建提取損傷信號的小波分析算法，并獲取小波包的能量譜；

步驟S10：選取BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)樣本，經(jīng)建立損傷識別BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

步驟S11：基于損傷識別BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測，并輸出損傷結(jié)果。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：步驟S3中所述信號采集器包括撞擊響應(yīng)信號調(diào)理單元和多通道信號同步采集單元，撞擊響應(yīng)信號調(diào)理單元與撞擊監(jiān)測光纖光柵傳感器相連，撞擊響應(yīng)信號調(diào)理單元對多個(gè)撞擊監(jiān)測光纖光柵傳感器輸出的多路撞擊響應(yīng)信號分別進(jìn)行濾波和放大；所述多通道信號同步采集單元用于對撞擊響應(yīng)信號調(diào)理單元輸出的多路信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化并同步采集。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟S7和步驟S8中所述信號發(fā)生接收器包括信號發(fā)生單元、多路選擇單元、信號調(diào)理單元和信號接收單元；所述信號發(fā)生單元用于在每次輪詢時(shí)產(chǎn)生激勵信號，并經(jīng)多路選擇單元加載到該次輪詢所確定的作為激勵器的光纖光柵傳感器上；多路選擇單元用于按照所述掃查策略從損傷監(jiān)測光纖光柵傳感器依次選擇作為激勵器的光纖光柵傳感器和作為傳感器的光纖光柵傳感器；信號調(diào)理單元用于對多路選擇單元選擇的作為傳感器的光纖光柵傳感器輸出的損傷信號進(jìn)行濾波和信號放大；信號接收單元用接收信號調(diào)理單元輸出的損傷信號。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述信號發(fā)生接收器還包括功率放大單元，功率放大單元用于對激勵信號進(jìn)行功率放大。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟S9的具體步驟如下：