[发明专利]一种复合材料结构冲击监测数字序列的两级降噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型化数字式的大规模传感器阵列冲击监测系统获取的数字序列的降噪方法。这种小型化数字式的大规模传感器阵列冲击监测系统适用于大型航空结构的机载实时的冲击区域监测和冲击事件的记录，属航空结构健康监测技术领域。通过本发明的数字序列两级降噪方法，可以在不需增加任何信号滤波、调理电路或其它降噪的硬件模块的前提下，实现数字序列的降噪，从而在不增加系统体积和功耗的情况下，降低系统对结构冲击的误判和虚警。

背景技术

复合材料因其具有比强度高、比刚度大、抗疲劳性能好及材料性能可设计等一系列优点得到了广泛的应用，尤其是在军用、民用飞机上已开始越来越多地使用先进复合材料结构以达到减重的目的。然而，层合板复合材料在服役过程中不可避免的要承受各种冲击，极易造成复合材料结构的内部损伤并导致其力学性能退化，承载能力降低，甚至导致结构的整体破坏和失效。因此对复合材料结构进行全寿命的监测，以确保结构的稳定性和安全性是具有迫切的应用需求的。

被动结构健康监测方法能够实现在线的冲击监测，实时获取冲击区域、位置等信息，然后再利用无损检测对通过被动结构监测获得的冲击区域进行进一步检测，能够大大缩短检测时间，降低维护成本。但是针对大型航空结构的冲击监测，以采用24路压电传感器监测冲击信号为例，按照传统高速数据采集测试方式进行监测信号采集，系统硬件采用商用的4通道高速模拟数据采集卡和4通道电荷放大调理器，那么完成24路冲击信号监测至少需要6张数据采集卡和6台电荷调理器，外加集成此数量硬件所需的带统一控制核心的处理器和机箱。大量应用功能独立、集成度不高的模块直接导致测试环境复杂度和测试系统调试难度的提高，以及系统体积和重量的庞大。然而，对于机载设备而言，要求该设备的添加不会给飞机造成过大的载重负担，而且飞机机体结构所需监测的面积很大，特别是像我国正处于研制阶段的民用大型客机C919，支持24路压电传感器的被动监测系统是远远不够的，需要大规模的压电传感器阵列才能够满足要求。但是这样又进一步增加了监测系统的体积和重量。同时，大规模传感器阵列及飞机长时间的飞行产生的过多的冗余及无效的信息量也给系统存储器容量提出了严峻的挑战。故现有被动结构健康监测系统并不能够满足冲击监测机载设备的要求。

针对上述问题，最近，一种适用于机载的小型化数字式的大规模传感器阵列冲击监测系统被提出并正在逐步得到应用。该系统具备体积小、重量轻、低功耗、安装和使用方便、监测区域大（支持传感器数量大）、能够实时响应冲击事件并能够存储有效冲击信号和定位结果等多个特点。

但是该系统为了满足小型化和低功耗的要求，在硬件电路中没有任何针对信号噪声的滤波和调理模块，外部传感器阵列直接与系统内的比较器阵列连接，系统的冲击定位算法单纯依靠对应传感器通道的数字序列的上升沿的先后顺序。如果冲击响应信号中存在较大幅度的噪声，那么这些噪声也同样会经过比较器而产生数字序列，从而使得系统无法准确实现冲击的定位。如果在没有冲击的情况下，仅是幅度较大的噪声同样也会经过比较器产生数字序列，从而产生虚警。飞机在飞行过程中的气动噪声、结构振动噪声以及发动机噪声是不可避免的。所以需要发明一种针对该系统的数字序列的降噪方法，在不增加任何滤波、调理模块，不增加新的降噪用的硬件模块的情况下，提高系统冲击监测的准确性，降低对冲击的误判和虚警。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为小型化数字式的大规模传感器阵列冲击监测系统提供一种数字序列的两级降噪方法，在不增加任何针对冲击响应信号的滤波、调理模块，不增加新的降噪用的硬件模块的情况下，提高系统冲击监测的准确性，降低对冲击的误判和虚警。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料结构冲击监测数字序列的两级降噪方法，第一级噪声抑制采用Haar离散小波变换，第二级噪声抑制采用基于特征数字序列的降噪方法。

第二级噪声抑制过程为：首先检索到数字序列中的第一个上升沿，然后提取其后的m个数据点计算为1的数字序列所占的比例，如果小于R，则整个m个长度的数字序列置0，如果大于等于R，则整个m长度的数字序列置1，然后依次类推，直至整个数字序列检索完毕。

有益效果：本发明的一种复合材料结构冲击监测数字序列的两级降噪方法使得小型化数字式的大规模传感器阵列冲击监测系统在不增加任何滤波、调理模块，不增加新的降噪用的硬件模块的情况下，提高了冲击监测的准确性，降低对冲击的误判和虚警。

附图说明