[發明專利]一種基于損傷特征參數提取算法的裂紋損傷監測方法

在審

• 申請號: 201911422582.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111044471A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 金博;張峰;張衛方
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司信息科學研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

一種基于損傷特征參數提取算法的裂紋損傷監測方法，包括獲取光纖光柵傳感器的光譜，對光譜進行Hilbert變換得到主峰數目，并針對每一傳感器對應的反射光譜峰值；通過對光纖光柵光譜的求取質心來近似求解光纖光柵光譜的中心波長；將采集到的光譜區域依據光譜能量一半的位置作為光譜邊界進行劃分，提取光譜寬度；在所確認的光譜邊界范圍內，提取該區域對應的有效光纖光柵光譜數據信息。本發明相對于現有技術其它方法，不容易受到設定閾值和求取斜率的影響，利用求取質心的辦法近似求解光纖光柵光譜的中心波長，進一步校正了中心波長的偏差。

技術領域

本發明涉及材料結構健康監測領域，具體的，涉及一種基于損傷特征參數提取算法的裂紋損傷監測方法。

背景技術

隨著材料工藝的發展，各種材料構建的配件的自身性能得到大幅度的提升，由配件制成的成品的服役期也隨著提高，這就對各種配件的可靠性提出了更高的要求。

光纖光柵傳感器能夠用于各種結構配件的疲勞裂紋損傷監測，隨著外界循環加載次數的增加，結構薄弱區域即結構孔邊區域成為裂紋損傷易萌生區域，當裂紋擴展到接近光纖光柵傳感器位置，光柵能夠敏感感知由于結構損傷而造成非均勻應變，從而導致沿著FBG傳感器柵區的周期由均勻分布變為啁啾分布，此時光纖光柵傳感器無法保持其本身形態，而出現反射光譜形變的現象。

光譜形變信號可提取出與裂紋損傷相關的特征參數，Bao等人采用小波包分析方法提取光譜響應信號等奇異值作為監測損傷萌生與擴展過程的特征參數，裂紋起始因子(CIF)和裂紋擴展因子(CPF)，然而相關的此信號處理方法沒有實際的物理含義，且容易收到雜波信號的干擾。

由于光纖光柵傳感器一通道刻錄多個柵點，因此為了確定每個傳感器的位置，需要采用一種有效的峰值探測算法，確定各傳感器主峰的位置，常用的峰值探測方法有幅值法，高斯擬合法和最小二乘法等，這些方法均是求解問題極大值的思路，因此容易受到設定閾值以及求取斜率的影響。

因此，如何精確的求解主峰位置，更好的劃分有效反射光譜邊界，成為現有技術亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于損傷特征參數提取算法的裂紋損傷監測方法，能夠更好的確定光譜主峰的位置，并有效的提取光纖光柵光譜數據信息。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于損傷特征參數提取算法的裂紋損傷監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

Hilbert變換步驟S110：獲取放置在材料結構損傷監測處的光纖光柵傳感器的光譜，對光譜進行Hilbert變換得到該波段內包含的主峰數目，并針對每一傳感器對應的反射光譜峰值波長進行分析獲得最大能量或者強度，即峰值；

有效反射光譜邊界劃分步驟S130：將采集到的光譜區域依據光譜能量一半的位置作為光譜邊界進行劃分，提取光譜寬度；

數據信息提取步驟S140：在所確認的光譜邊界范圍內，提取該區域對應的有效光纖光柵光譜數據信息。

可選的，在步驟S110和S130之間，還具有中心波長求解步驟S120，通過對光纖光柵光譜的求取質心來近似求解光纖光柵光譜的中心波長，將波長作為質點系的位失，將反射光譜的光功率作為質心系中的質量，并對每個光譜數據分配相應的加權系數，做所有數據的加權平均值，所述加權平均值反映整個反射譜上的光功率分布情況，取該加權平均值的結果作為光纖光柵反射譜的中心波長。

可選的，在進行Hilbert變換前，首先將所獲得的光纖光柵傳感器的光譜進行去噪處理。

本發明采用Hilbert變換法求取主峰位置，相對于現有技術其它方法，不容易受到設定閾值和求取斜率的影響，利用求取質心的辦法近似求解光纖光柵光譜的中心波長，進一步校正了中心波長的偏差。

附圖說明