[发明专利]基于多项式拟合和线形压电传感器阵列的信号补偿方法

说明书

本发明公布了一种基于多项式拟合和线形压电传感器阵列的信号补偿方法，属于工程结构健康监测技术领域。本方法首先在原有传感器附近布置一个线形压电传感器阵列，同步采集Lamb波信号；然后从距离原有传感器最近的一个开始由近及远依次选择补偿信号；将待补偿信号和补偿信号首先进行时间延迟然后进行合成；对合成信号进行多项式拟合；使用拟合公式计算时间延迟后的待补偿信号与补偿信号的合成误差；最后选择合成误差最小值点对应的合成信号作为最佳合成信号，实现对Lamb波传感信号的补偿。本发明降低了Lamb波传感信号采集对数据采集系统存储空间的要求，增加了Lamb波传感信号的采样长度，提高了后续的Lamb波传感信号处理与分析的精确性。

技术领域

本发明涉及工程结构健康监测技术领域，具体是一种基于多项式拟合和线形压电传感器阵列的信号补偿方法。

背景技术

结构健康监测技术对于预防重大事故的发生、提高结构的安全性，减少经济损失、降低结构的维护费用、保障重大工程项目的建设具有重要的科学研究意义和广阔的应用前景。基于Lamb波的结构健康监测方法具有损伤监测灵敏度高、监测范围大、既能在线应用也可离线应用、既能进行主动损伤监测也能进行被动冲击监测、既能监测金属结构也能监测复合材料结构等等优点。因此，基于Lamb波的结构健康监测方法受到了国内外的广泛研究，是目前最具有前景的结构健康监测技术之一。通常，压电传感器是实现Lamb 波激励和传感的主要器件。针对基于Lamb波的结构健康监测方法，主要是通过分析Lamb 波受损伤作用之后，信号在时域、频域、时频域的特征或者模式变换特征，如信号的飞行时间、幅值、能量、主要频率成分及其幅值、时频幅值、奇异性特征值等等对损伤进行辨识和表征。

但是，受限于数据采集系统的存储空间，单通道数据采集系统采集到的Lamb波传感信号长度有限，这严重影响着后续的信号分析结果，造成损伤辨识和表征误差变大。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于多项式拟合和线形压电传感器阵列的信号补偿方法，该方法通过增加数据采集通道，对不同情况下的补偿后信号进行多项式拟合，根据拟合值与原始传感信号之间的误差来判别最佳补偿方案。

本发明是以如下技术方案实现的：一种基于多项式拟合和线形压电传感器阵列的信号补偿方法，首先在原有传感器附近布置一个线形压电传感器阵列，同步采集Lamb波信号；然后从距离原有传感器最近的一个开始由近及远依次选择补偿信号；将待补偿信号和补偿信号首先进行时间延迟然后进行合成；对合成信号进行多项式拟合；使用拟合公式计算时间延迟后的待补偿信号与补偿信号的合成误差；最后选择合成误差最小值点对应的合成信号作为最佳合成信号，实现对Lamb波传感信号的补偿。

优选的,具体步骤如下：

步骤(1)布置线形压电传感器阵列：根据补偿任务的需要，在原有传感器附近由近及远依次布置N个补偿传感器，N≥1，形成一个N+1阵元的线形压电传感器阵列；阵元从距离原有传感器最近的一个开始由近及远依次编号为1、2、…、n、…、N，相邻两个阵元之间的距离不宜过大，从而使两者采集到的传感信号在时域有部分重叠,线形压电传感器阵列同步采集结构上的Lamb波，原有传感器采集到的Lamb波传感信号为待补偿信号f₀(t)，其余补偿传感器采集到的Lamb波传感信号分别为补偿信号f₁(t)、f₂(t)、 f₃(t)、…、f_n(t)、…、f_N(t)，t为采样时间；

步骤(2)对信号处理程序进行初始化：

①待补偿信号g(t)＝f₀(t)，

②补偿传感器编号i＝1，i∈[1,N]，补偿信号为f_i(t)＝f₁(t)，