[发明专利]基于自适应多峰检测算法的FBG中心波长寻峰方法

说明书

本发明提供一种自适应多峰检测算法的FBG中心波长寻峰方法，其包括以下步骤：步骤1，利用改进的小波阈值去噪法结合完全非递归的变分模态分解方法VMD‑DWT对FBG信号进行小波阈值去噪；步骤2，利用多峰值中心波长检测算法，对去噪频谱信号进行Hilbert变换，然后确认多峰光谱中目标峰的预定位，并进行峰值区域分割；步骤3，通过区域质心法检测多峰光谱目标峰的中心波长，并输出中心波长。本发明提供一种基于自适应多峰检测算法的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长寻峰方法，能够快速、精确的寻找FGB反射光谱的中心波长，通过提取中心波长的与结构损伤特征的变化关系，即可实现对铝合金板材的裂纹损伤状态的监测。

技术领域：

本发明属于结构健康监测技术领域，尤其涉及一种基于自适应多峰检测算法的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长寻峰方法。

背景技术：

结构健康监测(Structural Health Monitoring)技术是将先进的传感器埋入或粘贴表面的方式布置在被监测结构内部或外部，用来感知被监测的区域的结构状态(如结构的应力、应变、裂纹等)和外部环境(如温度、压力等)的变化。结构健康监测技术具有对结构的健康状况进行实时的监测并及时发现结构损伤的优点，通过对损伤进行探测和定位，使整个结构始终处于被监测状态。目前比较常用的传感器有：光纤光栅传感器、压电传感器、智能涂层传感器等。其中，光纤光栅传感器可对其布贴区域的应力/应变场进行实时监测，且具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、重量轻、耐腐蚀等优点，在结构健康监测方面具有广阔的应用前景。

由于航空装备用于装配或特殊功能的要求，在板上钻孔将导致部分区域应力集中，然后在外部载荷作用下将导致结构进一步不同程度的损伤。如何通过FBG传感器监测技术对结构裂纹进行监测，是一个长期受到关注的问题。另外，外部负载可导致沿传感器光栅的均匀或不均匀的应变场分布。当光栅处于非均匀应变下时，反射光谱会发生畸变(如反射光谱变宽、反射光谱产生多峰和中心波长偏移等)。为了监测这种复杂的损伤状态，许多研究已经通过实验和模拟嵌入式FBG传感器在复合材料层合板损伤扩展下的反射光谱，但很少有研究铝合金板横向孔边疲劳裂纹扩展与FBG传感特性的关系。

而且传统的峰值搜索算法，如最大和极值算法，一阶导数和阈值方法都有很多局限性，如抗噪性能差，计算精度低等。基于曲线拟合的峰值搜索方法包括高斯拟合，多项式拟合，三点峰值检测和质心算法具有较高的峰值检测精度，但其性能受光谱类型的影响，特别是对于变形不对称谱。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于自适应多峰检测算法的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长寻峰方法，能够快速、精确的寻找FGB反射光谱的中心波长，通过提取中心波长的与结构损伤特征的变化关系，即可实现对铝合金板材的裂纹损伤状态的监测。

本发明的一种基于自适应多峰检测算法的FBG中心波长寻峰方法，其包括以下步骤：

步骤1，利用改进的小波阈值去噪法结合完全非递归的变分模态分解方法VMD-DWT对FBG信号进行小波阈值去噪；

步骤2，利用多峰值中心波长检测算法，对去噪频谱信号进行Hilbert变换，然后确认多峰光谱中目标峰的预定位，并进行峰值区域分割；

步骤3，通过区域质心法检测多峰光谱目标峰的中心波长，并输出中心波长；

其中，步骤1中所述完全非递归的变分模式分解方法VMD，可同时从输入信号中提取与中心频率w_k相关的模式，该模式称为带限固有模态函数BLIMFu_k的基本模式，对应于信号的子能量；当分解数K预先确定时，每种基本模式下的能量分布也被确定。

进一步的，步骤1包括：