[发明专利]基于瞬态分形计算和类二维正态分布拟合的冲击定位方法

说明书

本发明提出了一种基于瞬态分形计算和类二维正态分布拟合的冲击定位方法，具体如下：步骤一：基于蜂窝布局的分布式光纤传感网络配置方式；步骤二：冲击样本点选取规则与冲击响应信号采集；步骤三：基于瞬态分形计算的冲击响应特征信息提取；步骤四：基于类二维正态分布模型的光纤FBG传感器冲击响应特征曲面拟合；步骤五：基于光纤FBG传感器冲击响应特征拟合曲面求解的瞬时冲击载荷位置辨识。

技术领域

本发明属于结构健康监测的冲击监测领域，具体提出了一种基于瞬态分形计算和类二维正态分布拟合的冲击载荷定位方法。

背景技术

早期冲击定位识别方法主要是通过提取冲击应力波的到达时间，根据距离、时间、应力波波速三者之间的关系来计算出冲击的位置信息。但是在实际情况中，应力波的波达时间提取易受噪声的影响。后来有学者利用小波分析的方法对信号进行频域处理，减小了噪声的影响，提取了波达时间，对距离、时间、波速方程进行了优化，获得了冲击的位置信息。

基于光纤FBG传感器的冲击载荷定位方法虽然有很多优点，但其采样速率较低，存在以下不足。

首先，现有的光纤FBG传感器冲击载荷定位方法在传感器布局方式上大多采用正方形布局。此布局方法只能对传感器所围成的区域内进行监测，应用于大面积板结构冲击时在布局上有效利用率较低，因此急需研究有助于提高传感器布局的监测效率的方法。

其次，现有的光纤传感器冲击载荷定位特征信息提取方法大都是采用FFT、小波分解处理方法，这些信号提取方法都在一定程度上忽略了样本点信号采集时所产生的误差，使得处理结果不够准确。而通过提取冲击响应信号特征信息，采用先验方法如神经网络方法确定冲击的位置信息的方法，又存在需要大量不同的冲击情况来训练网络，泛化性能不好，实用性和实时性均不强等缺点。因此，需要研究有助于提高信号纯度，减少实验误差的方法。

此外，现有的光纤传感器特征信号处理方法大多数只能表征光纤FBG传感器在某一条线上或者某一部分中的特征。为了提高冲击载荷辨识速度，需要研究能够表征光纤FBG传感器在监测区域内的特征模型。

最后，针对时差法、神经网络、支持向量机辨识这些冲击载荷位置识别方法的不足，本发明提出了一种基于瞬态分形计算和类二维正态分布拟合的冲击定位方法。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种有助于提高效率的冲击载荷位置辨识方法，该方法采用基于六边形蜂窝布局的光纤FBG传感网络配置方法，通过瞬态分形计算的方式提取冲击响应信号的特征信息，利用特征信息和类二维正态分布曲面的高度契合特性进行曲面拟合，适用于大面积薄板类结构，该方法在监测面积一定的情况下有助于有效减少光纤FBG传感器数量，降低系统复杂程度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明基于瞬态分形计算和类二维正态分布拟合的瞬时载荷定位，包括下列步骤：

步骤一：蜂窝结构监测网络布置及相应监测区域划分

将监测区域划分为七个相同的正六边形结构区域，并连接成蜂窝形状，即中间一个正六边形，周围六个正六边形；每个正六边形的正中心横向布置一个光纤FBG传感器，位于中间的光纤传感器记作传感器A，其余的延顺时针方向依次记作传感器B、C、D、E、F、G；

将中间的正六边形视作六个正三角形区，将每个正三角形，以及与其相邻的正六边形合起来作为一个监测区域，整个监测区域分为六个监测子区域，分别为监测子区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ；

其中传感器A和传感器B监测子区域Ⅰ；传感器A和传感器C监测子区域Ⅱ；传感器A和传感器D监测子区域Ⅲ；传感器A和传感器E监测子区域Ⅳ；传感器A和传感器F监测子区域Ⅴ；传感器A和传感器G监测子区域Ⅵ；

步骤二：冲击样本点选取规则与冲击响应信号采集