[发明专利]一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法

权利要求书

1.一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1，采用压电传感器对结构发生冲击时的信号进行监测，利用数据采集卡将采集得到的冲击信号发送给上位机，在上位机中对冲击信号进行傅里叶变换得到信号频谱图，选取频谱图的频率峰值作为中心频率对信号进行小波分析，得到中心频率对应的时域信号，并取该时域信号的上包络线；

所述步骤1的具体过程为：

步骤1.1，将实验板材的四边采用螺钉固支，在实验板材上布置五个压电传感器，利用数据采集卡采集五个压电传感器获得的冲击数据并发送至上位机；其中五个压电传感器分别为：PZT1、PZT2、PZT3、PZT4、PZT5；

步骤1.2，在上位机对压电传感器获得的数据进行傅里叶变换得到信号的频谱图，从频谱图中得到信号频率峰值所在位置；

步骤1.3，以信号频率的峰值为中心频率分别对五个压电传感器产生的五路信号利用公式(1)进行Gabor小波变换得到中心频率对应的时域信号Ψ_g(t)，并取该时域信号的上包络线；

其中，Ψ_g(t)为变换后得到中心频率对应的时域信号，ω₀为中心频率，γ为常数；

步骤1.4，分别取小波变换后的PZT 2–PZT 5中的每一路信号与PZT 1信号共两路信号利用公式(2)进行互相关处理得到两路信号的互相关信号

其中：代表互相关之后得到的信号，x₁、x₂分别代表参与互相关的两路信号，f代表频域信号；代表频域的互功率谱；

步骤2，利用二维波束聚焦定位方法求出冲击点所在位置(X,Y)，同时判断(X,Y)是否在外场，如果在，输出定位结果(X,Y)；

所述步骤2的具体过程如下：

利用公式(3)、(4)求取冲击点所在的位置(X,Y)：

式中：

δ_ij＝v·ΔT_ij,i＝1,j＝2,3,4,5 (4)；

其中，v代表波速，ΔT_ij代表第i路信号与第j路信号的时间延迟；X、Y分别表示冲击源的横纵坐标；L表示PZT2、PZT3、PZT4、PZT5与PZT 1的距离；互相关信号的峰值为互相关计算所得两路信号的时间延迟ΔT_ij；

PZT2、PZT3、PZT4、PZT5构成的菱形为区分内外场的边界，菱形之内区域为内场，菱形之外区域为外场；

步骤3，若步骤2求得的定位坐标不在外场，则认为该定位结果位于内场二维波束聚焦定位方法的盲区，重新求取定位坐标(a，b)，作为最终定位结果输出；

所述步骤3的具体过程为：

利用四点圆弧定位公式(5)、(6)重新求取定位坐标(a，b)：

式中：

其中，x轴上PZT 2与PZT 4之间的时延为t_x，y轴上PZT 3与PZT 5之间的时延为t_y，波速为v，PZT2、PZT3、PZT4、PZT5与坐标原点之间距离为L。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法，其特征在于：所述步骤1.1中，五个压电传感器在实验板材上的布置方式为：PZT1位于板材的中心处，PZT2、PZT3、PZT4、PZT5分别位于PZT1的四周。