[发明专利]一种基于损伤特征参数提取算法的裂纹损伤监测方法

说明书

一种基于损伤特征参数提取算法的裂纹损伤监测方法，包括获取光纤光栅传感器的光谱，对光谱进行Hilbert变换得到主峰数目，并针对每一传感器对应的反射光谱峰值；通过对光纤光栅光谱的求取质心来近似求解光纤光栅光谱的中心波长；将采集到的光谱区域依据光谱能量一半的位置作为光谱边界进行划分，提取光谱宽度；在所确认的光谱边界范围内，提取该区域对应的有效光纤光栅光谱数据信息。本发明相对于现有技术其它方法，不容易受到设定阈值和求取斜率的影响，利用求取质心的办法近似求解光纤光栅光谱的中心波长，进一步校正了中心波长的偏差。

技术领域

本发明涉及材料结构健康监测领域，具体的，涉及一种基于损伤特征参数提取算法的裂纹损伤监测方法。

背景技术

随着材料工艺的发展，各种材料构建的配件的自身性能得到大幅度的提升，由配件制成的成品的服役期也随着提高，这就对各种配件的可靠性提出了更高的要求。

光纤光栅传感器能够用于各种结构配件的疲劳裂纹损伤监测，随着外界循环加载次数的增加，结构薄弱区域即结构孔边区域成为裂纹损伤易萌生区域，当裂纹扩展到接近光纤光栅传感器位置，光栅能够敏感感知由于结构损伤而造成非均匀应变，从而导致沿着FBG传感器栅区的周期由均匀分布变为啁啾分布，此时光纤光栅传感器无法保持其本身形态，而出现反射光谱形变的现象。

光谱形变信号可提取出与裂纹损伤相关的特征参数，Bao等人采用小波包分析方法提取光谱响应信号等奇异值作为监测损伤萌生与扩展过程的特征参数，裂纹起始因子(CIF)和裂纹扩展因子(CPF)，然而相关的此信号处理方法没有实际的物理含义，且容易收到杂波信号的干扰。

由于光纤光栅传感器一通道刻录多个栅点，因此为了确定每个传感器的位置，需要采用一种有效的峰值探测算法，确定各传感器主峰的位置，常用的峰值探测方法有幅值法，高斯拟合法和最小二乘法等，这些方法均是求解问题极大值的思路，因此容易受到设定阈值以及求取斜率的影响。

因此，如何精确的求解主峰位置，更好的划分有效反射光谱边界，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于损伤特征参数提取算法的裂纹损伤监测方法，能够更好的确定光谱主峰的位置，并有效的提取光纤光栅光谱数据信息。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于损伤特征参数提取算法的裂纹损伤监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

Hilbert变换步骤S110：获取放置在材料结构损伤监测处的光纤光栅传感器的光谱，对光谱进行Hilbert变换得到该波段内包含的主峰数目，并针对每一传感器对应的反射光谱峰值波长进行分析获得最大能量或者强度，即峰值；

有效反射光谱边界划分步骤S130：将采集到的光谱区域依据光谱能量一半的位置作为光谱边界进行划分，提取光谱宽度；

数据信息提取步骤S140：在所确认的光谱边界范围内，提取该区域对应的有效光纤光栅光谱数据信息。

可选的，在步骤S110和S130之间，还具有中心波长求解步骤S120，通过对光纤光栅光谱的求取质心来近似求解光纤光栅光谱的中心波长，将波长作为质点系的位失，将反射光谱的光功率作为质心系中的质量，并对每个光谱数据分配相应的加权系数，做所有数据的加权平均值，所述加权平均值反映整个反射谱上的光功率分布情况，取该加权平均值的结果作为光纤光栅反射谱的中心波长。

可选的，在进行Hilbert变换前，首先将所获得的光纤光栅传感器的光谱进行去噪处理。

本发明采用Hilbert变换法求取主峰位置，相对于现有技术其它方法，不容易受到设定阈值和求取斜率的影响，利用求取质心的办法近似求解光纤光栅光谱的中心波长，进一步校正了中心波长的偏差。

附图说明