[发明专利]支持故障预测的传感器设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持故障预测的传感器设置方法，属于重大产品和重大设施寿命预测技术领域。

背景技术

为结构的损伤检测和健康监测采用传感器来获取反映结构真实状态的参数信息，以达到结构的损伤和健康的故障预测，这是目前在重大产品和重大设施寿命预测技术领域通常采用的方法。为此，研究一种传感器设置标准，使所配置的检测或监测系统更加经济合理，与结构健康监测和损伤检测中传感器设置的复杂性相适应，并能满足工程实际应用需求是必要的。

20多年来，人们对传感器的最优化布置问题进行了广泛的研究，提出了许多测点布置优化算法，但在传感器数量优化方面考虑较少，一般来说，结构中安放的传感器越多，所采集到的结构的信息就越详细，动力参数识别的精度就越好。然而，传感器的数量往往受到经济因素和结构运营状态等方面的限制，不可能在整个结构所有的自由度上布置传感器，这也是不现实的。因此需要对传感器的使用数量问题做出符合工程实际的标准。

在位置优化设置方面具有代表性的算法是有效独立法和运动能量法。有效独立法的缺点是为了避免矩阵奇异，目标模态的数目要等于传感器的数目，并且传感器不一定分布在模态应变能较大的位置，从而可能造成信息的丢失。运动能量法的基本思想是具有较大模态应变能的自由度上的响应也比较大，布置传感器的步骤和有效独立法类似，主要不同点为：运动能量法的目标函数是求模态应变能最大，而有效独立法的目标函数则是求目标模态向量最大线性无关。运动能量法高度依赖于有限元网格的划分，如果划分得较粗，则传感器也将分布得较远。划分的较细，传感器将分布的过近，从而也会丢失重要的反映结构真实状态的参数信息。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种支持故障预测的传感器设置方法，解决了现役桥梁故障预测和寿命评估中的传感器设置方法问题。

技术方案

本发明的思想在于：首先利用弹性波传播原理确定传感器数量；然后利用本案提出的有效独立-驱动点残差法进行传感器位置优化设置，最终形成一套支持故障预测的传感器优化设置方案，实现以最少的传感器数量来最大程度的获取反映结构真实状态的参数信息。

本发明的技术特征包括两个步骤：传感器数量优化与传感器位置优化；先执行数量优化步骤：

(1)根据仪器的量程A，精度η和测量仪器的峰值信噪比阀值p，得到信号最小加速度峰值|a_min|≥A×η×10^0.05P；

(2)利用入射波的波幅衰减公式S=Πij(Si,jP)]]>和S^D_a＝|a_min|得到入射波传播极限距离阀值D；a表示入射波波幅；其中P＝-e^-ikD，D为入射波的传播极限距离阀值，k为结构截面剪切系数，i，j代表有限元模型节点编号，S代表结构最大尺寸两端点之间的入射波的波幅衰减值；

(3)得到所需传感器的最少数量n，n=[LD];]]>L为待测结构的最大几何尺寸；

然后根据上述结果继续位置优化步骤：