[发明专利]基于模糊熵和人工鱼群算法的低速冲击位置辨识方法

说明书

本发明公开了基于模糊熵和人工鱼群算法的低速冲击位置辨识方法。步骤为：布局分布式光纤布拉格光栅传感器；对待测冲击点对应的光纤布拉格光栅传感器响应信号进行处理，并计算其模糊熵；对待测点所在区域进行定位，并在该区域边界选取样本冲击点，利用冲击锤以相同能量进行冲击，并计算传感器响应信号的模糊熵；构建区域边界各样本冲击点到该边起始传感器的距离与该边起始传感器与终止传感器响应信号的模糊熵差值之间的关系模型；基于人工鱼群算法，确定待测冲击点的具体位置。本发明无需大量先验知识，可移植性好，适用条件广泛，能较准确地辨识冲击位置。

技术领域

本发明属于属于结构健康监测技术领域，特别涉及了一种冲击位置辨识方法。

背景技术

现代大型结构如航天飞机、太阳能帆板、大型桥梁、高层大楼等在复杂服役环境中将受各类载荷的作用以及各类突发性外在因素如外来物冲击、振动等影响，而这些振动或冲击会导致结构不同程度的损伤。这些损伤的隐蔽性强，损伤、失效方面机理复杂、损伤类型和程度难以判断，但这些损伤如果不及时发现和采取相应的措施，会造成结构损伤积累，使得其结构力学性能退化，威胁结构安全，造成灾难性后果。

目前，冲击载荷定位识别问题的研究如基于冲击在板结构中激励出的Lamb波进行研究，通常采用三角形定位、四边形定位和基于小波变换的时差定位，取得了较好的冲击位置识别结果，但由于Lamb波传播过程存在频散现象，直接降低了定位精度。另外，这类方法由于其数据采集与传输过程易受到电磁干扰的影响，且其压电监测阵列需要大量传输电缆线，大大加剧了系统复杂程度。对于常规低速采样的光纤光栅传感模式，在实际应用中由于解调仪采样频率较低，将会导致表征冲击响应特征的有效信息大量缺失，无法满足时差定位原理，导致定位精度大幅降低。

针对目前基于光纤光栅传感器的冲击监测使用要求，需要研究无需大量先验知识，能够适用于采样频率较低的常规光纤光栅解调仪，且监测原理简洁的新方法。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了基于模糊熵和人工鱼群算法的低速冲击位置辨识方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于模糊熵和人工鱼群算法的低速冲击位置辨识方法，包括以下步骤：

(1)布局分布式光纤布拉格光栅传感器；

(2)对待测冲击点对应的光纤布拉格光栅传感器响应信号进行处理，并计算其模糊熵；

(3)对待测点所在区域进行定位，并在该区域边界选取样本冲击点，利用冲击锤以相同能量进行冲击，并计算传感器响应信号的模糊熵；

(4)构建区域边界各样本冲击点到该边起始传感器的距离与该边起始传感器与终止传感器响应信号的模糊熵差值之间的关系模型；

(5)基于人工鱼群算法，确定待测冲击点的具体位置。

进一步地，传感器响应信号的模糊熵计算方法如下：

(a)设光纤布拉格光栅传感器冲击响应信号的时间序列为{u(i),i＝1,2,...,N}，构造一组由m维向量X(1),X(2),...,X(N-m+1)组成的相空间：

X(i)＝{u(i),u(i+1),...,u(i+m-1)}-u₀(i),i＝1,2,...,N-m+1

其中，为这m个采样集的均值，N为时间序列长度；

(b)定义光纤布拉格光栅传感器冲击响应信号的m维相空间中任意向量与向量之间的相对欧式距离

(c)定义光纤布拉格光栅传感器冲击响应信号的m维相空间中任意向量与向量之间的相似度