[发明专利]一种基于压电传感网络的工程结构冲击位置确定方法

摘要

本发明公开了一种基于压电传感网络的工程结构冲击位置确定方法，包括布置分布式传感器网络的步骤、记录受载后的结构信息的步骤、进行载荷危险判别的步骤、进行特征信息提取的步骤、进行传感子网络的选择的步骤、冲击位置概率成像的步骤，本发明的基于压电传感网络的工程结构冲击位置确定方法结合了信号处理与概率计算的方式进行冲击位置图像的计算，并合理的筛选了定位子网的形式，不仅计算时间、计算量少，而且冲击定位的精度高，稳定性好，尤其能够用于加筋壁板这类复杂的结构中，为航天结构健康监测技术提供了一个可行的方案。

主权项

一种基于压电传感网络的工程结构冲击位置确定方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：布置分布式传感器网络：在结构中均匀地布置压电传感器构成传感网络，并保证传感器覆盖待测工程结构的全部区域；步骤二：通过步骤一布置的分布式传感器网络监测工程结构中不同位置处的信号,当结构受到冲击载荷后，记录一组受载后的结构信号；步骤三：载荷危险判别：对步骤二所得的结构信号中幅值最大的信号进行分析，利用傅里叶变换求解信号中不同频率的能量，若对结构安全产生影响的频带中含有超过危险判别阈值的成分，则预判此次冲击是危险的，并进入步骤四，否则忽略此次冲击，进入冲击信号的采集过程，重复进行步骤二；步骤四：进行特征信息提取：对冲击信号进行固定中心频率和带宽的小波变换，提取出带宽分量，如下：$CWT(a,b)=\frac{1}{\sqrt{a}}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}v\left(t\right){\mathrm{\ψ}}^{*}\left(\frac{t-b}{a}\right)dt$其中，CWT(a,b)为小波系数，其中a为尺度因子，b为时间因子，v(t)为结构信号，ψ(t)为母小波函数，具体表达式如下：$\mathrm{\ψ}\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\π}\mathrm{\γ}}}{e}^{{\mathrm{j\ω}}_{0}t}{e}^{-t^2/\mathrm{\γ}}$其中ω₀为中心频率，γ为频带宽度；步骤五：进行传感子网络的选择：对冲击信号完成特征提取后，选出小波系数值较大的传感器所处的子网络对冲击进行定位；步骤六：冲击位置概率成像：根据所选的传感器子网络计算冲击位置时间差概率函数PoTD(t)，计算次数由子网络包含的传感器个数N决定，其计算的公式如下所示：PoTD_i,j(t)＝R_i,j(t)/Max(R_i,j(t))其中i，j为传感器的序号，R(t)为传感器小波系数的互相关函数；为了综合所有求的PoTD(t)函数并求得强度图表示冲击位置概率，强度图像素矩阵由如下公式确定：$I(x,y)=\frac{{\mathrm{\ΣPoTD}}_{i,j}\left(t\right(x,y\left)\right)}{N_p}$其中，I(x,y)表示冲击位置概率图，(x,y)表示像素的位置，t(x,y)为像素与传感器之间的距离差产生的信号延时，具体计算如下：t(x,y)＝(d_i‑d_j)/c_gN_p＝N*(N‑1)/2d_i表示当前计算的像素值位置与第i号传感器位置的距离，c_g为所选频率下弹性波在待测结构中传播的群速度。