[發明專利]一種對復合材料產品實現全頻域快速沖擊監測的方法

有效

• 申請號: 201811067623.5
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109406084B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 鐘永騰;向家偉;陳曉宇;張政浩;蔣勇英;龐繼紅
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08;G01H11/08
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明提供一種對復合材料產品實現全頻域快速沖擊監測的方法，包括獲取復合材料產品上的多個沖擊信號，并處理成沖擊陣列信號；在沖擊陣列信號中加入白噪聲，并通過經驗模態分解法處理成多個本征模態分量；計算每一個本征模態分量的協方差并進行特征值分解，得到大特征值所對應的信號空間及小特征值所對應的噪聲空間；設置搜索距離和搜索角度，計算出各本征模態分量所得噪聲空間對應的空間譜估計圖并進行歸一化處理，篩選出存在峰值的空間譜估計圖的峰值位置為沖擊信號源的位置。實施本發明，能將復合材料產品上的寬帶沖擊信號分解成多個頻率段的窄帶Lamb波信號，并通過空間譜估計，實現復合材料產品的全頻域快速沖擊監測。

技術領域

本發明涉及飛機結構健康監測技術領域，尤其涉及一種適用于飛機上的復合材料產品實現全頻域快速沖擊監測的方法。

背景技術

復合材料比常規的金屬材料具有更加優良的力學性能，具有比強度高等有點，廣泛應用于飛機機翼、機身、螺旋槳、雷達罩和直升機旋翼槳葉等。對于復合材料層合板，分層損傷是最主要的損傷形式。在航空航天結構應用中，引發該損傷的主要為體外沖擊，尤其是低能量的沖擊，因為它引起的損傷從外表面不易觀察發現，但引起結構壓縮強度大大降低。在復合材料的整個服役過程中，對其進行實時在線的沖擊監測能夠減少維護費用，通過視情維護取代定期維護提高機群管理效率。

結構健康監測(Structural Health Monitoring,SHM)技術利用集成在結構中的傳感、驅動元件網絡，在線連續實時地獲取響應信號等相關信息，結合先進的信號處理方法以及材料結構力學建模方法，提取特征參數，識別結構的健康狀態，實現結構的安全評估。由于沖擊產生的應力波是一種聲發射信號，因此許多研究者利用聲發射技術對沖擊定位進行了研究。

近年來，有學者將一維信號處理延伸到多維信號處理領域，開辟了陣列信號處理這一新的研究領域。陣列信號處理技術將多個傳感器分別設置在不同位置組成傳感器陣列，利用陣列接收空間信號進行特定處理，有效地增強有用信號并抑制無用的干擾和噪聲，提高信噪比，如超聲相控陣技術、空間濾波器技術等。在陣列信號處理技術方面涌現了大量的研究成果和文獻。其中，以Schmidt 提出的多重信號分類(Multiple SignalClassification，MUSIC)算法作為新型陣列信號處理方法最為突出，該算法的基本思想是將任意陣列輸出數據的協方差矩陣進行特征值分解，從而得到與信號分量相對應的信號子空間和與信號分量相正交的噪聲子空間，然后利用這兩個子空間的正交性來估計信號的參數(入射方向、極化信息及信號強度等等)。MUSIC算法可以在低信噪比的情況下，有效地提取信號的主要特征實現信號源定位，并具有很高的分辨力、估計精度及穩定性，從而吸引了大量的學者對其進行深入的研究和分析。

目前，雖然MUSIC算法已成功應用于沖擊、損傷監測等領域，但由于沖擊信號屬于寬帶信號，且寬帶蘭姆波(Lamb)具有典型的頻散特征，即局部頻率延遲隨頻率變化，MUSIC算法不能完全解讀其攜帶的信息。因此，常用小波變換可以較好地分析窄沖擊時頻信號。然而，在小波變換技術中，需要事先確定小波分析尺度因子，分解出對應某一中心頻率的窄帶Lamb波信號，進而實現準確沖擊定位，很明顯這樣將不適合復合材料在線、快速沖擊監測。

因此，亟需一種適用于復合材料在線沖擊監測的方法，能將寬帶沖擊信號很好地分解各個頻率段的窄帶Lamb波信號，再結合多重信號分類算法，得出每個頻率段的窄帶Lamb波信號的空間譜估計，實現復合材料全頻域快速沖擊監測。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種對復合材料產品實現全頻域快速沖擊監測的方法，能將復合材料產品上形成的寬帶沖擊信號分解成多個頻率段的窄帶Lamb波信號，并通過對各頻率段的窄帶Lamb波信號的空間譜估計，實現復合材料產品的全頻域快速沖擊監測。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種對復合材料產品實現全頻域快速沖擊監測的方法，包括以下步驟：