[發明專利]結構健康監測系統中光纖光柵傳感器異常診斷方法

有效

• 申請號: 202110272056.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113029242B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 孫曉;李振偉;喬峰;高孟友;王棟
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 李升娟

本發明公開了一種結構健康監測系統中光纖光柵傳感器異常診斷方法，所述方法包括：獲取在監測結構中布設的多個傳感器在同一時間段內的原始輸出信號；基于每個傳感器的原始輸出信號，提取反映每個傳感器的運行狀態的特征數據；基于每個傳感器的特征數據，確定每個傳感器的綜合異常指數；根據已知的判據和每個傳感器的綜合異常指數，診斷每個傳感器的異常狀態。應用本發明，可以簡單有效易實現的方式實現傳感器異常診斷的準確性。

技術領域

本發明屬于測量技術領域，具體地說，涉及傳感器技術，更具體地說，是涉及一種結構健康監測系統中光纖光柵傳感器異常診斷方法。

背景技術

光纖光柵傳感器(Fiber Grating Sensor)屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對光纖布拉格(Bragg)波長的調制來獲取傳感信息，是一種波長調制型光纖傳感器。在大型空間結構健康監測系統中，光纖光柵應變傳感器常被用于監測結構應力，用以實現對結構應力狀態的實時評估。在索網結構(如大型體育場)、大型射電望遠鏡(如FAST500米口徑球面射電望遠鏡)等結構中均有大量應用實例。在實際應用中，結構健康監測系統中所布設的光纖光柵傳感器數量多，工作環境復雜，受外界干擾、外力破壞、自然老化、安裝失效、線路故障等原因，容易發生故障，導致其測點數據的不可靠，進而影響健康監測系統的性能。因此，在結構健康監測系統中，必須對傳感器的異常狀態進行診斷，及時地對故障測點進行維護。

現有技術中，傳統的光纖光柵傳感器異常診斷，多是根據傳感器輸出信號閾值判別來實現，將輸出偏差離估計值較大的測點進行剔除或插值修復。或通過人工觀察的方式，逐個觀察傳感器的歷史輸出數據軌跡，并判別其狀態是否良好，并配合人工現場巡查的方式對傳感器狀態進一步檢查。還可以基于模式識別的方法，進行系統建模，對各種異常進行模擬，獲得異常數據，從而訓練算法，得到適用于異常診斷的模式識別方法。

結構健康監測系統中尤其是大型空間結構中所布設的光纖光柵傳感器，通常數量較多，往往達到數百個，采樣數據量大，采樣周期為1s時，單個測點的數據每月可達250多萬條，數據量龐大，分析困難。且在工作時，根據被測對象的工況需求，采集系統可能會不定時關閉，導致數據的不連續性。同時，受外界干擾較多時，會出現離群異常值。因此，單一的閾值跳變判別不足以準確判別傳感器的工作狀態是否正常。另一方面，人工觀察雖然有較準確的判別結果，但針對數量較多的測點，其工作量過大，難以及時有效的完成。而基于模式識別的方法，需要大量的模擬實驗及訓練樣本和先驗知識，實現困難。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構健康監測系統中光纖光柵傳感器的異常診斷方法，基于對傳感器輸出信號的特征提取確定傳感器綜合異常指數，利用綜合異常指數識別傳感器的異常狀態，以簡單有效易實現的方式實現傳感器異常診斷的準確性。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種結構健康監測系統中光纖光柵傳感器異常診斷方法，包括：

獲取在監測結構中布設的多個傳感器在同一時間段內的原始輸出信號；

基于每個傳感器的原始輸出信號，提取反映每個傳感器的運行狀態的特征數據；

基于每個傳感器的特征數據，確定每個傳感器的綜合異常指數；

根據已知的判據和每個傳感器的綜合異常指數，診斷每個傳感器的異常狀態。

在其中一個優選實施例中，反映傳感器的運行狀態的所述特征數據，至少包括反映傳感器信號輸出波動強度的時域能量值數據和反映傳感器所在的測點主要載荷的作用周期的頻域主成分周期數據。

在其中一個優選實施例中，基于每個傳感器的原始輸出信號，提取該傳感器的所述時域能量值數據，具體包括：

對傳感器的所述原始輸出信號執行壓縮處理，獲得數據量減少的壓縮數據；

計算所述壓縮數據的平均值