[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

说明书

本发明公开了一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法，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，对所得时域信号包络线；步骤2，利用二维波束聚焦定位方法求出冲击点所在位置，判断是否在外场；步骤3，若定位坐标不在外场，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。本发明解决了现有一维波束聚焦定位存在的定位盲区以及定位精度较为低的问题。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，涉及一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法。

背景技术

冲击损伤是影响飞行器安全运行的主要结构损伤形式之一，其大多由鸟撞、起飞时碎石的迸溅以及维修工具的掉落等引起。由于低速冲击极易在结构内部产生肉眼无法察觉的基体损伤，这种暗伤对材料的使用性能危害极大，在结构运行的过程中极易产生应力集中从而导致结构失效，进而导致飞行事故。因此对冲击损伤的检测是十分必要的，及时发现冲击发生的位置可以对此区域进行重点检测，以保证飞行器的安全性。目前，关于大型构件的低速冲击检测技术的研究开展的比较广泛，且对整个系统定位精度较高，整体的定位性能较为一致，但其大部分采用分散化布置传感器，或者分为两个区域集中布置传感器，在如何集约化布置传感器的同时又不降低整个构件的定位精度这方面的研究工作开展的较少。而将集中布置传感器的系统应用于实际时，其便于粘贴传感器，可以有效减少后续布线的繁杂程度，同时便于后续的信号采集。而现有将传感器集约化布置在构件中心的一维波束聚焦定位方法在于自身阵列平行的轴附近存在定位盲区，同时还会产生虚假定位坐标。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法，解决了现有一维波束聚焦定位方法中存在的定位盲区以及定位精度较为低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于二维波束聚焦理论的冲击监测定位方法，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，并取所得时域信号的上包络线；

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)；

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。

本发明的特点还在于，

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，从频谱图中可以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接收到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；