基于能量加權(quán)因子的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于能量加權(quán)因子的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明根據(jù)位于沖擊發(fā)生區(qū)域內(nèi)的傳感器距離沖擊位置最近、受沖擊影響最大的特點(diǎn)，定義了能量加權(quán)因子特征參數(shù)，在整個(gè)沖擊監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)表征每個(gè)傳感器受沖擊影響程度的大小，進(jìn)而計(jì)算監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)每個(gè)子區(qū)域受沖擊影響程度的大小，并最終判定受影響程度最大的子區(qū)域?yàn)闆_擊發(fā)生子區(qū)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有多節(jié)點(diǎn)大規(guī)模組網(wǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)出現(xiàn)的相鄰節(jié)點(diǎn)定位沖突以及中間區(qū)域定位盲區(qū)問(wèn)題；該方法通過(guò)組網(wǎng)聯(lián)合多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同進(jìn)行沖擊監(jiān)測(cè)，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的所有子區(qū)域進(jìn)行沖擊定位，在大規(guī)模復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊監(jiān)測(cè)方面有很好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于能量加權(quán)因子的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料相比于常規(guī)金屬材料具有比剛度大、對(duì)疲勞和腐蝕抵抗力強(qiáng)以及設(shè)計(jì)靈 活等優(yōu)點(diǎn)，因此被大量應(yīng)用于飛行器結(jié)構(gòu)。然而，復(fù)合材料對(duì)沖擊的低抗性容易導(dǎo)致其機(jī)械 性能的大幅下降。對(duì)于飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)而言，沖擊可能發(fā)生在制造、服役和維護(hù)過(guò)程 中，在其整個(gè)壽命周期中幾乎是不可避免的。因此，對(duì)飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)載、在線 沖擊監(jiān)測(cè)是很重要的。
[0003] 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行沖擊監(jiān)測(cè)時(shí)，由于追求高定位精度，因此系統(tǒng)對(duì) 軟、硬件配置往往具有很高的要求，導(dǎo)致系統(tǒng)體積大、功耗高，不能滿足航空機(jī)載的要求。數(shù) 字式?jīng)_擊監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)將沖擊傳感器的沖擊響應(yīng)信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字序列，并從中提取相應(yīng)特 征參數(shù)以實(shí)現(xiàn)沖擊區(qū)域的定位，從而大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，具有體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)， 滿足機(jī)載在線監(jiān)測(cè)的要求。
[0004] 真實(shí)飛行器往往存在多個(gè)大面積復(fù)合材料結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行沖擊監(jiān)測(cè)，例如機(jī)翼、機(jī) 身和垂尾等，因此往往需要用多個(gè)沖擊監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)監(jiān)測(cè)。然而當(dāng)多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)同 一結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)沖擊監(jiān)測(cè)時(shí)，存在如下兩個(gè)問(wèn)題： (1)當(dāng)多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)區(qū)域相鄰時(shí)，發(fā)生在一個(gè)區(qū)域的沖擊可能會(huì)觸發(fā)其它節(jié)點(diǎn) 也進(jìn)行沖擊檢測(cè)，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)均單獨(dú)對(duì)沖擊進(jìn)行定位，則會(huì)導(dǎo)致定位沖突。因此在實(shí)際應(yīng) 用中需要沖擊定位算法能夠消除這種沖突，聯(lián)合多個(gè)節(jié)點(diǎn)的沖擊記錄共同判斷出正確的沖 擊發(fā)生區(qū)域。
[0005] (2)相鄰的監(jiān)測(cè)區(qū)域之間往往存在中間區(qū)域，這些中間區(qū)域不屬于任何一個(gè)節(jié)點(diǎn) 的監(jiān)測(cè)范圍，但也同樣需要進(jìn)行沖擊監(jiān)測(cè)。工作在單個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的定位算法只能對(duì)該節(jié)點(diǎn)監(jiān) 測(cè)范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行沖擊監(jiān)測(cè)定位，無(wú)法定位這些中間區(qū)域。故需要新的沖擊定位算法來(lái) 對(duì)發(fā)生在這些中間區(qū)域上的沖擊進(jìn)行識(shí)別和定位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服技術(shù)不足，提供一種基于能量加權(quán)因子的復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，可有效解決現(xiàn)有多監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)的沖擊監(jiān)測(cè)技術(shù)所存在的 定位沖突問(wèn)題以及中間區(qū)域難以準(zhǔn)確定位的問(wèn)題，對(duì)沖擊發(fā)生區(qū)域進(jìn)行快速準(zhǔn)確的區(qū)域定 位。
[0007] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案： 基于能量加權(quán)因子的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面的沖擊 監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少兩組沖擊傳感器陣列，每一組沖擊傳感器陣列分別與一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn) 信號(hào)連接，各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)均與同一個(gè)監(jiān)測(cè)中心信號(hào)連接；所述沖擊區(qū)域定位方法包括以下步 驟： 步驟A、以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面所設(shè)置的每一個(gè)沖擊傳感器所在位置分別作為一個(gè)網(wǎng)格 頂點(diǎn)，對(duì)所述沖擊監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分； 步驟B、當(dāng)沖擊發(fā)生時(shí)，被觸發(fā)的/7個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)接收與其連接的每 一個(gè)沖擊傳感器的沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字序列，并從中選出其沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字序列中的第一 個(gè)信號(hào)上升沿最先到達(dá)的前#個(gè)沖擊傳感器，#為步驟A所劃分的單個(gè)網(wǎng)格單元的頂點(diǎn)數(shù)； 然后計(jì)算這#個(gè)沖擊傳感器各自的能量加權(quán)因子，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心；所述沖 擊傳感器的能量加權(quán)因子按照下式計(jì)算：

【權(quán)利要求】
1. 基于能量加權(quán)因子的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面的沖 擊監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有至少兩組沖擊傳感器陣列，每一組沖擊傳感器陣列分別與一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié) 點(diǎn)信號(hào)連接，各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)均與同一個(gè)監(jiān)測(cè)中心信號(hào)連接；其特征在于，所述沖擊區(qū)域定位方 法包括以下步驟： 步驟A、以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面所設(shè)置的每一個(gè)沖擊傳感器所在位置分別作為一個(gè)網(wǎng)格 頂點(diǎn)，對(duì)所述沖擊監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分； 步驟B、當(dāng)沖擊發(fā)生時(shí)，被觸發(fā)的/7個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)接收與其連接的每 一個(gè)沖擊傳感器的沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字序列，并從中選出其沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字序列中的第一 個(gè)信號(hào)上升沿最先到達(dá)的前#個(gè)沖擊傳感器，#為步驟A所劃分的單個(gè)網(wǎng)格單元的頂點(diǎn)數(shù)； 然后計(jì)算這#個(gè)沖擊傳感器各自的能量加權(quán)因子，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心；所述沖 擊傳感器的能量加權(quán)因子按照下式計(jì)算：
式中，為沖擊傳感器的能量加權(quán)因子，為該沖擊傳感器的沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字 序列中的第一個(gè)信號(hào)上升沿的到達(dá)時(shí)間在所述#個(gè)沖擊傳感器中的先后次序號(hào)，觀為該沖 擊傳感器的沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字序列中的全部信號(hào)上升沿的持續(xù)時(shí)間之和； 步驟C、監(jiān)測(cè)中心從這《χ--個(gè)沖擊傳感器中選出能量加權(quán)因子值最大的前#個(gè)，保持 這#個(gè)沖擊傳感器的能量加權(quán)因子值不變，并將其余所有沖擊傳感器的能量加權(quán)因子值均 設(shè)為〇 ; 步驟D、監(jiān)測(cè)中心根據(jù)所述沖擊監(jiān)測(cè)區(qū)域中每一個(gè)網(wǎng)格單元的#個(gè)頂點(diǎn)處的沖擊傳感 器的能量加權(quán)因子之和確定沖擊發(fā)生的區(qū)域：能量加權(quán)因子之和的值最大的網(wǎng)格單元即為 沖擊發(fā)生的區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，其特征在于，所述沖擊傳感器 為壓電傳感器。
3. 如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，其特征在于，對(duì)所述沖擊監(jiān)測(cè) 區(qū)域進(jìn)行四邊形網(wǎng)格劃分。
4. 如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)中心與 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線方式信號(hào)連接。
5. 如權(quán)利要求1所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊區(qū)域定位方法，其特征在于，在能量加權(quán)因子 計(jì)算公式中，該沖擊傳感器的沖擊響應(yīng)信號(hào)數(shù)字序列中的全部信號(hào)上升沿的持續(xù)時(shí)間之和 觀的單位為毫秒。
【文檔編號(hào)】G01N3/30GK104215528SQ201410455126
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】袁慎芳, 任元強(qiáng), 邱雷, 梅寒飛, 局尚 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)