[发明专利]基于随机化弹性波超材料的单传感器振动激励辨识系统

权利要求书

1.一种基于随机化弹性波超材料的单传感器振动激励辨识系统，其特征在于，包括：基于超胞模块的超材料以及设置于任一超胞模块中的振动传感器，其中：振动传感器获取从超材料的边界输入且经过超胞模块的高度不相关的传输的振动信号；

所述的超胞模块之内的局域共振单元结构不同，不同超胞模块之间的局域共振单元结构和数量不同，每个局域共振单元无序分布在超胞模块中，该局域共振单元包括基体以及设置于基体内部的质量块，其中：质量块与基体之间通过弹性元件相连且各个局域共振单元具有各自随机的共振频率，从而构成“质量-弹簧-阻尼-基体”的谐振系统；所述的超胞模块具有多个输入/输出端，以便不同超胞模块之间可以相互连接；

所述的振动激励辨识是指：对来自不同方向的振动信息进行随机编码，采用一个传感器运用压缩感知重建算法可以实现多个振源的辨识，具体包括标定与测试两部分，其中：

标定部分包括以下步骤：

步骤1)选取待标定的位置，并在该位置处进行激励；

步骤2)超材料系统内的振动传感器拾取信号，采集并处理振动传感器的输出信号；

步骤3)采用快速傅里叶变换算法获得超材料系统的空间振动传输特性；

步骤4)对获得的超材料系统空间振动传输谱进行主成分分析降维，构建后续用于压缩感知算法的观测矩阵；

测试部分包括以下步骤：

步骤1)在随机生成的宽带白噪声的信号集里随机选择振动信号；

步骤2)采用多个振源同时激励超材料系统；

步骤3)采集振动传感器拾取的输出信号；

步骤4)利用压缩感知算法对振源信息进行重构与辨识，具体算法包括：观测矩阵算法和重建算法。

2.根据权利要求1所述的单传感器振动激励辨识系统，其特征是，所述的弹性元件采用弹性梁或橡胶实现。

3.根据权利要求1所述的单传感器振动激励辨识系统，其特征是，所述的单传感器振动激励辨识系统中进一步设有依次与振动传感器相连的信号调理模块、数据采集模块和信号分析模块，其中：信号调理模块与振动传感器电连接并对获取到的振动信号进行放大、滤波；数据采集模块与信号调理模块电连接并采集放大、滤波后的振动信号；信号分析模块采用预设的算法对采集的振动信号进行分析处理，得到振动激励的空间位置、信号类别。

4.根据权利要求3所述的单传感器振动激励辨识系统，其特征是，所述的分析处理是指：对振动传感器采集到的信号进行快速傅里叶变换，获得超材料系统的空间振动传输谱；经进一步的主成分分析降维，构建能够用于压缩感知算法的观测矩阵；采用两步迭代收缩阈值算法对振源信息进行重构。

5.根据权利要求1所述的单传感器振动激励辨识系统，其特征是，所述的超材料通过3D打印、激光切割、数控加工、胶接制成，材质为金属、塑料、橡胶或其组合。

6.根据权利要求1所述的单传感器振动激励辨识系统，其特征是，所述的超胞模块结构参数的随机性通过生成随机数列实现。