[发明专利]基于Teager能量算子和样本熵的板结构冲击监测方法

说明书

本发明提出一种基于Teager能量算子和样本熵的板结构冲击监测方法。本发明方法包括以下步骤：步骤一：分布式光纤布拉格光栅传感网络布置；步骤二：待测冲击的光纤布拉格光栅传感器响应信号采集及Teager能量算子处理；步骤三：经处理冲击响应信号的样本熵计算；步骤四、确定待测点所在区域，并计算区域内样本冲击点响应信号的样本熵；步骤五：冲击点到传感器的距离与相应样本熵差值之间的关系模型构建；步骤六：基于三角区域法，计算待测冲击点的具体坐标位置。本发明通过Teager能量算子提高冲击响应信号质量，并通过样本熵定量估计冲击响应信号的复杂度，可应用于航空航天领域四边固支板结构的冲击定位，无需大量先验知识并可以在线监测辨识冲击位置。

技术领域

本发明属于结构健康监测的冲击监测技术领域，尤其涉及能抑制干扰和提高时间分辨率的Teager能量算子和定量估计信号复杂度的样本熵的板结构冲击监测方法。

背景技术

现代诸多大型结构如航空航天飞行器、高层结构、新型桥梁、大跨度网架结构等在复杂服役环境中将受到设计载荷作用以及各类突发性外在因素如太空垃圾、飞鸟撞击、冰雹冲击、雷击和维修过程中人为低能量冲击，而这些冲击载荷的施加有可能对机械结构造成基体断裂、分层和穿孔等一些不能目检的损伤，给航空航天飞行器带来严重安全隐患，减少了飞行器使用寿命。因此有必要对航天航空飞行器进行安全检测，而常规检测主要是无损检测方法如超声波、X射线、敲击、电涡流射线、热应力场以及电位测量等，相关检测设备对使用工况要求较高，人员费用高、不适于实现在线监测。

目前，国内外对冲击载荷位置识别方法主要有频域识别法、时域识别法、人工神经网络法和时间差定位等。不少学者将光纤光栅传感技术应用到结构冲击载荷位置识别的研究，并取得一定成果。由于光纤光栅解调仪采样频率较低，基于光纤光栅的冲击监测方法大都采用神经网络、支持向量机等模式辨识算法，但此类方法缺点是需要事先采集高密度不同冲击样本进行网络训练，这不仅会对被测结构造成损伤，而且还存在泛化性能不好，易受温度变化影响，工作量较大等问题，使得其实用性和实时性受到限制。

针对实际冲击监测定位的要求，需要研究无需大量先验知识，能够适用于采样频率较低的光纤光栅解调仪，且监测原理简洁的新方法。为此，本发明提出了一种基于Teager能量算子与样本熵的冲击位置监测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工程板结构的光纤冲击定位方法，该方法采用分布式光纤布拉格光栅传感器网络感知结构中不同位置的冲击响应信号，首先用Teager能量算子对响应信号进行处理，再提取冲击响应信号的样本熵。利用该样本熵与冲击距离存在的关系，实现冲击定位。

该方法通过Teager能量算子提高冲击响应信号质量，并通过样本熵定量估计冲击响应信号的复杂度，可应用于航空航天领域四边固支板结构的冲击定位，无需大量先验知识并可以在线监测辨识冲击位置。

本发明的技术方案是：

基于Teager能量算子和样本熵的板结构冲击监测方法，其采用分布式光纤布拉格光栅传感器网络感知结构中不同位置的冲击响应信号，首先用Teager能量算子对响应信号进行处理，再提取冲击响应信号的样本熵，通过样本熵定量估计冲击响应信号的复杂度，利用该样本熵与冲击距离存在的关系，实现冲击定位。

所述的基于Teager能量算子和样本熵的板结构冲击监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：分布式光纤布拉格光栅传感网络布置；步骤二：待测冲击的光纤布拉格光栅传感器响应信号采集及Teager能量算子处理；步骤三：经处理冲击响应信号的样本熵计算；步骤四、确定待测点所在区域，并计算区域内样本冲击点响应信号的样本熵；步骤五：冲击点到传感器的距离与相应样本熵差值之间的关系模型构建；步骤六：基于三角区域法，计算待测冲击点的具体坐标位置。

步骤一、分布式光纤布拉格光栅传感网络布置；