[發(fā)明專利]基于多項(xiàng)式擬合和線形壓電傳感器陣列的信號(hào)補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710737675.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN107727734B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉彬;孟凡芹;耿光輝;宋生奎;石永春;王朝暉;賈麗;王文娟;曹澤煜;陳利安;徐克明;校云鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍空軍勤務(wù)學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04;G01N29/36;G01N29/24
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11616
• 代理人: 晏榮府

本發(fā)明公布了一種基于多項(xiàng)式擬合和線形壓電傳感器陣列的信號(hào)補(bǔ)償方法，屬于工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本方法首先在原有傳感器附近布置一個(gè)線形壓電傳感器陣列，同步采集Lamb波信號(hào)；然后從距離原有傳感器最近的一個(gè)開始由近及遠(yuǎn)依次選擇補(bǔ)償信號(hào)；將待補(bǔ)償信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)首先進(jìn)行時(shí)間延遲然后進(jìn)行合成；對(duì)合成信號(hào)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合；使用擬合公式計(jì)算時(shí)間延遲后的待補(bǔ)償信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)的合成誤差；最后選擇合成誤差最小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的合成信號(hào)作為最佳合成信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)Lamb波傳感信號(hào)的補(bǔ)償。本發(fā)明降低了Lamb波傳感信號(hào)采集對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的要求，增加了Lamb波傳感信號(hào)的采樣長(zhǎng)度，提高了后續(xù)的Lamb波傳感信號(hào)處理與分析的精確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于多項(xiàng)式擬合和線形壓電傳感器陣列的信號(hào)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于預(yù)防重大事故的發(fā)生、提高結(jié)構(gòu)的安全性，減少經(jīng)濟(jì)損失、降低結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)用、保障重大工程項(xiàng)目的建設(shè)具有重要的科學(xué)研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法具有損傷監(jiān)測(cè)靈敏度高、監(jiān)測(cè)范圍大、既能在線應(yīng)用也可離線應(yīng)用、既能進(jìn)行主動(dòng)損傷監(jiān)測(cè)也能進(jìn)行被動(dòng)沖擊監(jiān)測(cè)、既能監(jiān)測(cè)金屬結(jié)構(gòu)也能監(jiān)測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛研究，是目前最具有前景的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)之一。通常，壓電傳感器是實(shí)現(xiàn)Lamb 波激勵(lì)和傳感的主要器件。針對(duì)基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法，主要是通過分析Lamb 波受損傷作用之后，信號(hào)在時(shí)域、頻域、時(shí)頻域的特征或者模式變換特征，如信號(hào)的飛行時(shí)間、幅值、能量、主要頻率成分及其幅值、時(shí)頻幅值、奇異性特征值等等對(duì)損傷進(jìn)行辨識(shí)和表征。

但是，受限于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的Lamb波傳感信號(hào)長(zhǎng)度有限，這嚴(yán)重影響著后續(xù)的信號(hào)分析結(jié)果，造成損傷辨識(shí)和表征誤差變大。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于多項(xiàng)式擬合和線形壓電傳感器陣列的信號(hào)補(bǔ)償方法，該方法通過增加數(shù)據(jù)采集通道，對(duì)不同情況下的補(bǔ)償后信號(hào)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，根據(jù)擬合值與原始傳感信號(hào)之間的誤差來判別最佳補(bǔ)償方案。

本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于多項(xiàng)式擬合和線形壓電傳感器陣列的信號(hào)補(bǔ)償方法，首先在原有傳感器附近布置一個(gè)線形壓電傳感器陣列，同步采集Lamb波信號(hào)；然后從距離原有傳感器最近的一個(gè)開始由近及遠(yuǎn)依次選擇補(bǔ)償信號(hào)；將待補(bǔ)償信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)首先進(jìn)行時(shí)間延遲然后進(jìn)行合成；對(duì)合成信號(hào)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合；使用擬合公式計(jì)算時(shí)間延遲后的待補(bǔ)償信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)的合成誤差；最后選擇合成誤差最小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的合成信號(hào)作為最佳合成信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)Lamb波傳感信號(hào)的補(bǔ)償。

優(yōu)選的,具體步驟如下：

步驟(1)布置線形壓電傳感器陣列：根據(jù)補(bǔ)償任務(wù)的需要，在原有傳感器附近由近及遠(yuǎn)依次布置N個(gè)補(bǔ)償傳感器，N≥1，形成一個(gè)N+1陣元的線形壓電傳感器陣列；陣元從距離原有傳感器最近的一個(gè)開始由近及遠(yuǎn)依次編號(hào)為1、2、…、n、…、N，相鄰兩個(gè)陣元之間的距離不宜過大，從而使兩者采集到的傳感信號(hào)在時(shí)域有部分重疊,線形壓電傳感器陣列同步采集結(jié)構(gòu)上的Lamb波，原有傳感器采集到的Lamb波傳感信號(hào)為待補(bǔ)償信號(hào)f₀(t)，其余補(bǔ)償傳感器采集到的Lamb波傳感信號(hào)分別為補(bǔ)償信號(hào)f₁(t)、f₂(t)、 f₃(t)、…、f_n(t)、…、f_N(t)，t為采樣時(shí)間；

步驟(2)對(duì)信號(hào)處理程序進(jìn)行初始化：

①待補(bǔ)償信號(hào)g(t)＝f₀(t)，

②補(bǔ)償傳感器編號(hào)i＝1，i∈[1,N]，補(bǔ)償信號(hào)為f_i(t)＝f₁(t)，