[发明专利]一种变厚度复合材料层合板低速冲击能量识别系统及其工作方法

摘要

本发明公开了一种变厚度复合材料层合板低速冲击能量识别系统及其工作方法，该系统由多个光纤光栅传感器、能量监测预警器、光纤光栅解调仪和计算机组成；该能量监测预警器是利用白化经验模态分解关键算法提取冲击混叠信号特征值，建立变厚度板冲击能量特征集合，根据传感网络信号第一阶分量确定综合厚度系数，修正能量特征集合，通过样本信号的冲击能量特征值评估冲击能量。当复合材料板受到低速冲击载荷时，能量监测预警器能够准确识别出冲击能量。

主权项

1.一种变厚度复合材料层合板低速冲击能量识别系统的工作方法，其特征是：所述能量监测预警器，利用光纤光栅传感技术，根据复合材料结构特性提出了基于白化经验模态分解算法的冲击能量识别方法，采用厚度系数修正方法，针对变厚度试件的冲击能量信号建立了变厚度板冲击能量特征集合，以此识别冲击能量；对传感器检测到的冲击信号进行的特征提取，较经典经验模态分解算法采用了改进的白化经验模态分解算法，将分量矩阵进行白化；包括如下步骤：第一步，利用光纤光栅传感器中心波长偏移值采集冲击响应信号；第二步，光纤光栅传感器将上述步骤采集的传感信号发送给光纤光栅调解仪；第三步，调解仪将同时连接的多个传感器采集到的冲击信号传输到计算机中；第四步，通过能量监测预警器对冲击能量进行判断：A、对所有冲击样本和待测信号进行WEMD分解；B、计算样本信号和待测信号的冲击能量特征值，即传感网络的信号某阶分量频谱峰值，并建立冲击样本信号能量特征集合；C、根据传感网络信号第一阶分量确定综合厚度系数，修正能量特征集合；D、比较待测信号冲击能量特征值与能量特征集合，识别冲击能量；第四步的具体步骤为：（1）对信号向量进行 WEMD 分解，再求得各分量与原始信号的互相关系数；选择互相关系数较大的分量进行频谱分析，得到频谱峰值；同理可得信号矩阵的频谱峰值集合；（2）将第二步分解得到的分量进行频谱分析，得出峰值个数，其中界定峰值的阈值等于频谱峰值除以分量向量数目；同理可得信号矩阵的峰值个数集合；将峰值个数集合归一化后得到信号矩阵的综合厚度系数集合；（3）利用综合厚度系数集合修正频谱峰值集合得到变厚度板频谱峰值集合；求得集合的最大值作为冲击样本信号能量特征值；建立该冲击能量的样本信号变厚度板特征集合；同理得到多个能量的变厚度板特征集合；（4）将采集的待测能量冲击信号进行WEMD分解，并求得特征值；比较特征值与变厚度板特征集合范围数值，评估冲击能量等级；当验证点的特征值属于某级能量范围内，或者大于最大级能量范围，或者小于最小级能量范围，则判定为该能量等级：若属于两级能量特征集合之间，则根据特征值与两个变厚度板特征集合边界进行评估。