數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，屬于航空健康監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法通過個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，依據(jù)沖擊發(fā)生在某一系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，該區(qū)域的傳感器距離沖擊發(fā)生位置最近的特點(diǎn)，提取傳感器響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換化后的數(shù)字序列陣列的高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)作為特征參數(shù)，然后進(jìn)行辨識(shí)方法的特征參數(shù)選取，通過比較不同數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特征參數(shù)，選擇最大特征參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為辨識(shí)正確系統(tǒng)，屏蔽其他系統(tǒng)的響應(yīng)，避免產(chǎn)生誤判。本發(fā)明在大型航空結(jié)構(gòu)的多區(qū)域沖擊監(jiān)測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，屬于航空健康監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】
復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度大、性能可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是大型航空結(jié)構(gòu)。歐洲的空客A380和A350-XWB大型民用客機(jī)的碳纖維復(fù)合材料用量分別達(dá)到了結(jié)構(gòu)總重的25%和53%，波音公司的B787大型民用客機(jī)復(fù)合材料用量為結(jié)構(gòu)總重的50%，然而，層合板復(fù)合材料在服役過程中不可避免的要承受各種沖擊，極易造成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷并導(dǎo)致其力學(xué)性能退化，承載能力降低。因此對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊監(jiān)測(cè)，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性是具有迫切的應(yīng)用需求的。
[0003]小型化數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足小型化和低功耗的要求，將外部壓電傳感器陣列直接與系統(tǒng)內(nèi)的比較器陣列連接，壓電傳感器陣列輸出的沖擊響應(yīng)信號(hào)陣列經(jīng)過比較器陣列以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字序列陣列，根據(jù)數(shù)字序列陣列實(shí)現(xiàn)沖擊區(qū)域的定位和報(bào)警，從而省略了常規(guī)被動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和信號(hào)放大調(diào)理的硬件，具有廣泛的應(yīng)用情
旦
[0004]在實(shí)際工程應(yīng)用中，特別是大型航空結(jié)構(gòu)，其監(jiān)測(cè)區(qū)域面積大，包含機(jī)翼、機(jī)身和垂尾等多個(gè)監(jiān)測(cè)部位，需要采用多個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)監(jiān)測(cè)。然而當(dāng)多個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，沖 擊會(huì)造成多個(gè)數(shù)字式無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)，如無(wú)有效的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，將產(chǎn)生誤判。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提出了一種數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，為多個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)提供一種沖擊辨識(shí)沖突消解方法，使其在現(xiàn)有沖擊區(qū)域定位功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大型航空結(jié)構(gòu)的沖擊組網(wǎng)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明在大型航空結(jié)構(gòu)的多區(qū)域沖擊監(jiān)測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
一種數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，當(dāng)π個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，依據(jù)沖擊發(fā)生在某一系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，該區(qū)域的傳感器距離沖擊發(fā)生位置最近的特點(diǎn)，提取傳感器響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換化后的數(shù)字序列陣列的高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)作為特征參數(shù)，然后進(jìn)行辨識(shí)方法的特征參數(shù)選取，通過比較不同數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特征參數(shù)，選擇最大特征參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為辨識(shí)正確系統(tǒng)，屏蔽其他系統(tǒng)的響應(yīng)，避免產(chǎn)生誤判，所述N為大于I的自然數(shù)。
[0007]所述辨識(shí)方法的特征參數(shù)選取有以下三種方法:
①選取《個(gè)數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)組成特征向量；
②選取《個(gè)數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一維特征參數(shù)上升沿個(gè)數(shù)組成特征向量；
③選取β個(gè)數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的二維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)組成二維特征向量；所述力大于I的自然數(shù)。[0008]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明為H個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)提供一種沖擊辨識(shí)沖突消解方法,消除當(dāng)《個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，沖擊會(huì)造成W個(gè)數(shù)字式無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)而引起的沖擊辨識(shí)沖突。
[0009]本發(fā)明為適用于機(jī)載的數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一種沖擊辨識(shí)沖突消解方法，使其在現(xiàn)有沖擊區(qū)域定位功能的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)大型航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的沖擊組網(wǎng)監(jiān)測(cè)而不出現(xiàn)沖擊誤判。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法的實(shí)施流程圖。
[0011]圖2大型航空結(jié)構(gòu)多系統(tǒng)組網(wǎng)監(jiān)測(cè)示意圖。
[0012]圖3為沖擊事件發(fā)生在2號(hào)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)示意圖。
[0013]圖4數(shù)字序列陣列一維特征向量PMsdPlU2的分布圖。
[0014]圖5數(shù)字序列陣列一維特征向量Pwm和1>皿2的分布圖。
[0015]圖6數(shù)字序列陣列二維特征向量P1和6的分布圖。
[0016]【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]本發(fā)明的一種數(shù)字式 沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法的具體實(shí)施流程如圖1所示。
[0018]設(shè)在同一結(jié)構(gòu)上布置個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域；每個(gè)系統(tǒng)接入-個(gè)布置在結(jié)構(gòu)上的壓電傳感器組成沖擊監(jiān)測(cè)用的壓電傳感器陣列，每個(gè)壓電傳感器與數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部具有k個(gè)比較器的比較器陣列的一個(gè)比較器連接，沖擊發(fā)生時(shí)，每個(gè)系統(tǒng)可以得到-個(gè)通道的數(shù)字序列。設(shè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)字序列的采樣率為6，數(shù)字序列的采樣長(zhǎng)度為I。
[0019](I)在如圖2所示的大型航空結(jié)構(gòu)多系統(tǒng)組網(wǎng)監(jiān)測(cè)中，當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域?'內(nèi)受到外部沖擊時(shí)，首先個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別獲取沖擊發(fā)生時(shí)的數(shù)字序列陣列，然后計(jì)算得到f個(gè)系統(tǒng)的高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)作為特征參數(shù)，最后上傳特征參數(shù)。
[0020](2)采用中央系統(tǒng)接受的個(gè)系統(tǒng)的特征參數(shù)構(gòu)造特征向量，構(gòu)造特征向量的方法有以下三種:
①選取η個(gè)系統(tǒng)數(shù)字序列陣列的一維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)構(gòu)造個(gè)特征向量,
^NHLi，…，。
[0021]②選取η個(gè)系統(tǒng)數(shù)字序列陣列的一維特征參數(shù)上升沿個(gè)數(shù)構(gòu)造π個(gè)特征向量^msi , ，…，Pima。
[0022]③選取η個(gè)系統(tǒng)數(shù)字序列陣列的二維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)構(gòu)造二維特征向量PpP2，
[0023](3)實(shí)際應(yīng)用中選取上述三種特征向量中的任意一種，采用模式識(shí)別分類器對(duì)K個(gè)特征向量進(jìn)行分類并輸出最大特征向量對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)編號(hào)I’。為了減小計(jì)算量，模式識(shí)別分
類器可以采用常規(guī)的線性判別分類器，如基于FiSher線性判別準(zhǔn)則的分類器，基于近鄰估計(jì)準(zhǔn)則的分類器。
[0024](4)依據(jù)模式識(shí)別分類器輸出最大特征向量對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)編號(hào)確定第I號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為辨識(shí)正確系統(tǒng)，屏蔽其他系統(tǒng)的響應(yīng)，避免產(chǎn)生誤判。
[0025]為了更好地說明數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法的具體實(shí)施步驟，使用無(wú)人機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)說明本方法的具體實(shí)施過程。
[0026]無(wú)人機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼尺寸為1200mmX2000mm，在機(jī)翼內(nèi)表面共布置了 36只壓電智能夾層傳感器，每四個(gè)壓電傳感器組成一個(gè)沖擊監(jiān)測(cè)子區(qū)域，子區(qū)域面積為170mmX 150mm,共組成20個(gè)監(jiān)測(cè)子區(qū)域，系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)的總面積為850mmX 600mm，如圖3所示在結(jié)構(gòu)上布置了 2個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成2個(gè)沖擊監(jiān)測(cè)區(qū)域；將36只壓電智能夾層傳感器分成兩組，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的系統(tǒng)接入18個(gè)布置在結(jié)構(gòu)上的壓電傳感器組成沖擊監(jiān)測(cè)用的壓電傳感器陣列，每個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)區(qū)域由10個(gè)子區(qū)域組成。壓電傳感器與數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部比較器陣列連接；每次沖擊事件每個(gè)系統(tǒng)可以得到18個(gè)通道的數(shù)字序列陣列。系統(tǒng)采集數(shù)字序列的采樣率為200KHz，數(shù)字序列的采樣長(zhǎng)度為1000。
[0027](I)采用沖擊力錘，如圖3所示在無(wú)人機(jī)機(jī)翼上2號(hào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)共施加20次沖擊，分別在其4個(gè)子區(qū)域施加5次。2個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別獲取每次沖擊的數(shù)字序列陣列，并實(shí)時(shí)上傳數(shù)字序列陣列的特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)。
[0028](2)采用每次沖擊得到的2個(gè)系統(tǒng)的特征參數(shù)，按照上述三種策略構(gòu)造特征向量矩陣:
①選取2個(gè)系統(tǒng)數(shù)字序列陣列 的一維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)構(gòu)造2個(gè)特征向量Paso ,Ρ.2。在得到了 I至20次沖擊的數(shù)字序列陣列的一維特征參數(shù)高電平后，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的特
征向量矩陣: [ Py , Pi,2 ,…，Pi,20 ], Pake2:[巧,1 ’ %2 ,…，^2,20 ]。
[0029]②選取2個(gè)系統(tǒng)數(shù)字序列陣列的一維特征參數(shù)上升沿個(gè)數(shù)構(gòu)造2個(gè)特征向量Pmsi，Pms2。在得到了 I至20次沖擊的數(shù)字序列陣列的一維特征參數(shù)上升沿個(gè)數(shù)后，構(gòu)
建對(duì)應(yīng)的特征向量矩陣 Pam1: [ Pu , Pli2 ,…，pUO ] , ^ms2: [ P2,l , Ρ2,2 ,…，Ρ2,30 ]。
[0030]③選取2個(gè)系統(tǒng)數(shù)字序列陣列的二維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)構(gòu)造二維特征向量巧。在得到了 2個(gè)系統(tǒng)I至20次沖擊的數(shù)字序列陣列的二維特征參數(shù)高電平
個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)后，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的特征向量矩陣P1:[Ρμ,Ρι?2ο ],Ρ2: [ Ρ2,ι , P2,2
，…，Ρ2,20 I。
[0031](3)為了驗(yàn)證三種特征向量構(gòu)造策略的可行性，選取基于Fisher線性判別準(zhǔn)則的線性判別分類器，分別對(duì)和1*皿2、Pmn和Pass2以及PjPP2進(jìn)行分類，分類結(jié)果分另Ij如圖4、5、6所示，其中圖4為一維特征向量Ρ.^ΡΡ.2的分布圖，圖5為一維特征向量
Pms1和IWs2的分布圖，圖6為二維特征向量巧和巧的分布圖。由三種特征向量的分布圖
可知，特征向量最大值對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)編號(hào)都為2，即沖擊發(fā)生在2號(hào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，這與實(shí)際吻合。
[0032](4)確定2號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為辨識(shí)正 確系統(tǒng)，屏蔽I號(hào)系統(tǒng)的響應(yīng)，從而避免產(chǎn)生誤判。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，其特征在于，當(dāng)W個(gè)數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在同一結(jié)構(gòu)上組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，依據(jù)沖擊發(fā)生在某一系統(tǒng)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，該區(qū)域的傳感器距離沖擊發(fā)生位置最近的特點(diǎn)，提取傳感器響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換化后的數(shù)字序列陣列的高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)作為特征參數(shù)，然后進(jìn)行辨識(shí)方法的特征參數(shù)選取，通過比較不同數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特征參數(shù)，選擇最大特征參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為辨識(shí)正確系統(tǒng)，屏蔽其他系統(tǒng)的響應(yīng)，避免產(chǎn)生誤判，所述h力大于I的自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式無(wú)線沖擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)的沖擊辨識(shí)沖突消解方法，其特征在于，所述辨識(shí)方法的特征參數(shù)選取有以下三種方法: ①選取η個(gè)數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)組成特征向量； ②選取《個(gè)數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一維特征參數(shù)上升沿個(gè)數(shù)組成特征向量； ③選取《個(gè)數(shù)字沖擊區(qū)域監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的二維特征參數(shù)高電平個(gè)數(shù)和上升沿個(gè)數(shù)組成二維特征向量；所述f力大于I的自然數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01M7/08GK103471799SQ201310374168
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】袁慎芳, 梅寒飛, 任元強(qiáng), 邱雷, 錢偉峰 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)