[發明專利]基于自適應多峰檢測算法的FBG中心波長尋峰方法

在審

• 申請號: 201910166576.8
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109884080A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 趙炎;張衛方;張萌;藍煜東
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95;G01N21/31;G01M5/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 張淑賢;王慶彬

本發明提供一種自適應多峰檢測算法的FBG中心波長尋峰方法，其包括以下步驟：步驟1，利用改進的小波閾值去噪法結合完全非遞歸的變分模態分解方法VMD?DWT對FBG信號進行小波閾值去噪；步驟2，利用多峰值中心波長檢測算法，對去噪頻譜信號進行Hilbert變換，然后確認多峰光譜中目標峰的預定位，并進行峰值區域分割；步驟3，通過區域質心法檢測多峰光譜目標峰的中心波長，并輸出中心波長。本發明提供一種基于自適應多峰檢測算法的光纖布拉格光柵(FBG)中心波長尋峰方法，能夠快速、精確的尋找FGB反射光譜的中心波長，通過提取中心波長的與結構損傷特征的變化關系，即可實現對鋁合金板材的裂紋損傷狀態的監測。

技術領域：

本發明屬于結構健康監測技術領域，尤其涉及一種基于自適應多峰檢測算法的光纖布拉格光柵(FBG)中心波長尋峰方法。

背景技術：

結構健康監測(Structural Health Monitoring)技術是將先進的傳感器埋入或粘貼表面的方式布置在被監測結構內部或外部，用來感知被監測的區域的結構狀態(如結構的應力、應變、裂紋等)和外部環境(如溫度、壓力等)的變化。結構健康監測技術具有對結構的健康狀況進行實時的監測并及時發現結構損傷的優點，通過對損傷進行探測和定位，使整個結構始終處于被監測狀態。目前比較常用的傳感器有：光纖光柵傳感器、壓電傳感器、智能涂層傳感器等。其中，光纖光柵傳感器可對其布貼區域的應力/應變場進行實時監測，且具有抗電磁干擾、抗腐蝕、靈敏度高、重量輕、耐腐蝕等優點，在結構健康監測方面具有廣闊的應用前景。

由于航空裝備用于裝配或特殊功能的要求，在板上鉆孔將導致部分區域應力集中，然后在外部載荷作用下將導致結構進一步不同程度的損傷。如何通過FBG傳感器監測技術對結構裂紋進行監測，是一個長期受到關注的問題。另外，外部負載可導致沿傳感器光柵的均勻或不均勻的應變場分布。當光柵處于非均勻應變下時，反射光譜會發生畸變(如反射光譜變寬、反射光譜產生多峰和中心波長偏移等)。為了監測這種復雜的損傷狀態，許多研究已經通過實驗和模擬嵌入式FBG傳感器在復合材料層合板損傷擴展下的反射光譜，但很少有研究鋁合金板橫向孔邊疲勞裂紋擴展與FBG傳感特性的關系。

而且傳統的峰值搜索算法，如最大和極值算法，一階導數和閾值方法都有很多局限性，如抗噪性能差，計算精度低等。基于曲線擬合的峰值搜索方法包括高斯擬合，多項式擬合，三點峰值檢測和質心算法具有較高的峰值檢測精度，但其性能受光譜類型的影響，特別是對于變形不對稱譜。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于自適應多峰檢測算法的光纖布拉格光柵(FBG)中心波長尋峰方法，能夠快速、精確的尋找FGB反射光譜的中心波長，通過提取中心波長的與結構損傷特征的變化關系，即可實現對鋁合金板材的裂紋損傷狀態的監測。

本發明的一種基于自適應多峰檢測算法的FBG中心波長尋峰方法，其包括以下步驟：

步驟1，利用改進的小波閾值去噪法結合完全非遞歸的變分模態分解方法VMD-DWT對FBG信號進行小波閾值去噪；

步驟2，利用多峰值中心波長檢測算法，對去噪頻譜信號進行Hilbert變換，然后確認多峰光譜中目標峰的預定位，并進行峰值區域分割；

步驟3，通過區域質心法檢測多峰光譜目標峰的中心波長，并輸出中心波長；

其中，步驟1中所述完全非遞歸的變分模式分解方法VMD，可同時從輸入信號中提取與中心頻率w_k相關的模式，該模式稱為帶限固有模態函數BLIMFu_k的基本模式，對應于信號的子能量；當分解數K預先確定時，每種基本模式下的能量分布也被確定。

進一步的，步驟1包括：