[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的撞擊定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711340879.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108195326B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武湛君;張雨欣;馬書(shū)義;單一男;周凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B21/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B21/00;G01L5/00
• 代理公司: 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的撞擊定位方法,通過(guò)布設(shè)在待測(cè)結(jié)構(gòu)上設(shè)置的傳感器陣列以及小球的自由落體運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)力波接收端采集到的撞擊信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到有限多個(gè)本征模函數(shù)，再結(jié)合能量重心定位方法，確定撞擊源的位置坐標(biāo)。本發(fā)明公開(kāi)的撞擊定位方法是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法與能量重心定位法的結(jié)合來(lái)確定撞擊位置即非損傷定位。本發(fā)明公開(kāi)的撞擊定位方法與傳統(tǒng)的傅里葉分析和小波分析相比精度更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的撞擊定位方法，尤其涉及一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和能量重心定位聯(lián)合作用下的撞擊定位方法，屬于被動(dòng)式結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

撞擊定位是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)中至關(guān)重要的一步。不管是各向同性還是各向異性結(jié)構(gòu)，都不可避免會(huì)受到外來(lái)物體的撞擊，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)損傷，最終致使結(jié)構(gòu)失效。遭到撞擊之后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波會(huì)以撞擊源為起點(diǎn)沿結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)散。如果在結(jié)構(gòu)表面不同的位置粘貼一些傳感器陣列，撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波便會(huì)被記錄在各個(gè)傳感器中，只要對(duì)傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)分析和處理，就能成功實(shí)現(xiàn)對(duì)撞擊源的定位。

能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位的前提是提取到真實(shí)可靠的特征信號(hào)。在以前的研究中，國(guó)內(nèi)外都將重點(diǎn)放在了定位的方法上。比較典型的基于波達(dá)時(shí)間的定位方法，往往由于各向異性結(jié)構(gòu)的頻散問(wèn)題難以提取到準(zhǔn)確的波達(dá)時(shí)間；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定位方法需要大量的樣本訓(xùn)練，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對(duì)于撞擊信號(hào)的處理一般多用傅里葉變換和小波變換進(jìn)行濾波以及提取信號(hào)特征。然而，這兩種方法都需要利用特定的函數(shù)形式(傅里葉的三角函數(shù)，小波變換的小波基函數(shù))對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，且傅里葉變換不具備時(shí)域特征，小波變換容易產(chǎn)生虛假頻率。因此目前需要一種不需要利用特定的函數(shù)形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解的具有自適應(yīng)能力的先進(jìn)的時(shí)頻域信號(hào)處理方法以獲得有效的撞擊信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的撞擊定位方法：該方法采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和能量重心法對(duì)撞擊源進(jìn)行定位，具體包括以下步驟：

S1：在待測(cè)結(jié)構(gòu)上建立直角坐標(biāo)系，設(shè)置由四個(gè)壓電傳感器組成的撞擊監(jiān)測(cè)區(qū)域，且區(qū)域中心位置坐標(biāo)為(0,0)；

S2:將上述傳感器分別記為是s₁，s₂，s₃，s₄，并將上述監(jiān)測(cè)區(qū)域由內(nèi)到外劃分為49個(gè)小區(qū)域(0-48)；

S3：利用小球固定高度的自由落體運(yùn)動(dòng)使待測(cè)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波在監(jiān)測(cè)區(qū)域中的某一點(diǎn)產(chǎn)生并迅速向外擴(kuò)散傳到所述壓電傳感器s₁，s₂，s₃，s₄，多通道信息采集系統(tǒng)將記錄所述壓電傳感器接收到的撞擊信號(hào)；

S4：按照S3的方式完成剩余監(jiān)測(cè)區(qū)域的信號(hào)采集。每次撞擊點(diǎn)均為S2所述小區(qū)域的中心位置；

S5：將采集到信號(hào)進(jìn)行有效信號(hào)的提取，然后將有效信號(hào)分為四組、分別進(jìn)行不同的分析：第一組信號(hào)不再作處理，第二組信號(hào)作經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，第三組作傅里葉分析，第四組作小波分析；

S6：通過(guò)S5中所述的處理后的信號(hào)，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)信號(hào)的能量p₁，p₂，p₃，p₄；

S7:利用所述四個(gè)壓電傳感器s₁，s₂，s₃，s₄的位置坐標(biāo)以及S6所求的對(duì)應(yīng)信號(hào)的能量p₁，p₂，p₃，p₄求出其能量重心位置坐標(biāo)，即撞擊源位置坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，步驟S1中所述的待測(cè)結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述步驟S3中的小球自由落體運(yùn)動(dòng)由固定長(zhǎng)度的塑料管完成且撞擊事件不會(huì)致使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷。