[发明专利]植入式光纤光栅传感器复合材料结构的低速冲击定位方法

权利要求书

1.一种植入式光纤光栅传感器复合材料结构的低速冲击定位方法，其特征在于：

包括以下过程：

步骤1、定义复合材料结构的相邻边分别为X、Y轴，建立一个二维直角坐标系；在复合材料结构的3、4层之间沿轴向且平行于X轴植入25个FBG传感器，25个FBG传感器呈5行5列垂直正交阵列式布设，形成16个网格区域，5个FBG传感器通道之间相互平行，每个传感器通道包括相同数量的5个FBG传感器，采用高密度均匀布置，相邻FBG传感器通道以及相邻FBG传感器之间均间隔100mm；

步骤2、获取复合材料结构中25个FBG传感器的波长信号作为参考信号，并进行预处理；具体包括：采用弹簧冲击锤作为施力工具，选择网格区域中心点作为冲击加载对象，一定高度下手动释放弹簧冲击锤，对各个网格区域的中心点依次单独施加冲击力，得到各个FBG传感器的波长信号作为参考信号，对参考信号进行预处理构成参考数据库，该参考数据库包括16个网格区域工况下25个FBG传感器的参考信号，预处理至少包括小波分析和归一化；

步骤3、获取复合材料结构中25个FBG传感器的波长信号作为测试信号，并进行预处理，将预处理后的测试信号与对应的25个FBG传感器的参考信号进行相关性评估，得到25个相关距离向量；将得到的25个相关距离向量进行逐元素相乘并按对应冲击位置的形式生成相似性矩阵，取相似性矩阵的最低值元素所在的网格区域作为预测结果；具体包括：随机选择一个冲击点，按照步骤2中同样的高度，手动释放弹簧冲击锤，按照步骤2中预处理测试信号，得到输入信号矩阵；将低速冲击下的FBG传感器测试信号FBG1～FBG25按顺序分别与参考数据库中16个网格区域的16种工况下对应FBG传感器参考信号FBG1～FBG25进行相似性评估；对应每个FBG传感器共得到25个元素数为16的相关距离向量，然后将25个相关距离向量进行逐元素相乘并按对应冲击位置的形式整理成相似性矩阵，取最终相似性矩阵的最低值元素所在的网格区域作为预测结果，实现低速定位冲击的区域识别；

步骤4、基于得到的网格区域，对预处理后的测试信号进行小波包分析，得到网格区域各角FBG传感器的信号能量；以网格区域的已知FBG传感器位置作为原点，以基于对数距离路径损耗模型得到的传输路径作为半径画圆，所有圆交叉组成的公共区域作为预测冲击位置；将网格四角FBG传感器的信号能量依次代入对数距离路径损耗模型，得到各个FBG传感器的传输距离；以网格区域四角FBG传感器的传输距离的倒数为权重，结合网格区域四角FBG传感器的坐标，得到最终的预测冲击位置。

2.如权利要求1所述的植入式光纤光栅传感器复合材料结构的低速冲击定位方法，其特征在于：

最终的预测冲击位置的坐标为：

其中，表示网格区域四角FBG传感器的坐标，分别为网格区域四角FBG传感器对应的传输距离。

3.如权利要求1-2任一项所述的植入式光纤光栅传感器复合材料结构的低速冲击定位方法，其特征在于：

取与各FBG传感器直线距离为相同预设距离的位置进行冲击，计算冲击信号能量，作为对数距离路径损耗模型参考路径损耗。

4.如权利要求1所述的植入式光纤光栅传感器复合材料结构的低速冲击定位方法，其特征在于：

对获取的作为参考信号和测试信号的波长信号进行预处理，至少包括：对各个FBG传感器的波长信号进行小波分析滤除信号直流分量，对各个FBG传感器的波长信号进行归一化处理。