[发明专利]复合材料中基于信号波速与衰减补偿的2D‑MUSIC冲击定位方法

摘要

本发明公开了一种复合材料中基于信号波速与衰减补偿的冲击定位方法，属于工程复合材料结构健康监测方法技术领域。该方法包括如下步骤1、设置系统参数、触发阈值；2、当触发通道中信号幅值大于触发阈值时，传感器阵列开始采集冲击信号；3、冲击阵列信号预处理；4、测量不同角度的波速，建立信号波速曲线；5、测量不同距离的信号幅值，建立信号幅值衰减曲线；6、得到信号波速与衰减补偿的冲击定位算法的阵列导向矢量和补偿后的空间谱估计公式；7、得到空间谱估计图峰值所对应的就是冲击源位置。本方法减少了复杂复合材料的各向异性对冲击定位的影响，较好地提高了复合材料中冲击源的定位精度和实时性。

主权项

一种复合材料中基于信号波速与衰减补偿的冲击定位方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）以航空油箱结构上表面碳纤维复合材料结构作为冲击监测区域，在相应位置布置个压电传感器，组成不同的激励‑传感通道；（2）设置航空油箱结构健康监测集成系统的采样频率、采样长度、预采集长度、传感器阵列中第一个传感器为触发通道，以及数据采集卡触发通道的触发阈值；（3）当触发通道中信号幅值大于触发阈值时，各个压电传感器开始采集信号，将这些信号合成为矩阵形式的冲击阵列信号；（4）冲击阵列信号预处理：从冲击响应的频谱图选取为中心频率提取窄带信号，提取冲击阵列信号中的窄带信号，并计算其协方差矩阵，对协方差特征值分解，得到相应的噪声子空间；（5）冲击产生的波向传感器阵列各个阵元传播时，传播路径和距离都不一致，导致各条路径上的波速存在差异，进而影响冲击定位精度，测量各个激励‑传感通道所对应角度的波速，通过次多项式函数拟合，建立信号波速曲线，得到第个压电传感器相对于第个压电传感器的时间延迟关系，其中表示冲击源信号到达第个阵元时相对于第个阵元的时间延迟，，为压电传感器编号，为冲击源到达第个压电传感器的距离，为冲击源传播到第个压电传感器直线路径与轴的夹角，为冲击源到达第个压电传感器的距离，为冲击源传播到第个压电传感器直线路径与轴的夹角；为冲击源传播到第个压电传感器的波速，为冲击源传播到第个压电传感器的波速；（6）测量各个激励‑传感通道所对应距离的信号幅值，通过函数拟合，建立信号幅值衰减曲线，其中为第个压电传感器的信号幅值，为第个压电传感器的信号幅值，为幅值衰减系数，冲击源到第个压电传感器与到第个压电传感器的距离差，第个压电传感器相对于第个压电传感器的相位变化；（7）将步骤（）中时间关系和步骤（）中的幅值衰减关系代入阵列导向矢量中，其中为冲击源到达坐标原点的距离，为冲击源与轴的夹角，为冲击窄带信号的角频率，得到碳纤维复合材料结构中信号波速与衰减补偿的冲击定位算法的阵列导向矢量和补偿后的空间谱估计公式，其中为空间谱，为阵列导向矢量的转置，为噪声子空间的转置；（8）设置二维搜索的距离步长和角度步长，扫描整个监测区域并进行补偿算法的空间谱估计，得到空间谱估计图峰值所对应的就是冲击源位置。