基于能量加权因子的复合材料结构冲击区域定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于能量加权因子的复合材料结构冲击区域定位方法，属于结构健康监测【技术领域】。本发明根据位于冲击发生区域内的传感器距离冲击位置最近、受冲击影响最大的特点，定义了能量加权因子特征参数，在整个冲击监测范围内表征每个传感器受冲击影响程度的大小，进而计算监测范围内每个子区域受冲击影响程度的大小，并最终判定受影响程度最大的子区域为冲击发生子区域。本发明解决了现有多节点大规模组网监测时出现的相邻节点定位冲突以及中间区域定位盲区问题；该方法通过组网联合多个节点共同进行冲击监测，能够快速、准确地对网络监测范围内的所有子区域进行冲击定位，在大规模复合材料结构冲击监测方面有很好的应用前景。
【专利说明】基于能量加权因子的复合材料结构冲击区域定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复合材料结构冲击区域定位方法，属于结构健康监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 复合材料相比于常规金属材料具有比刚度大、对疲劳和腐蚀抵抗力强以及设计灵 活等优点，因此被大量应用于飞行器结构。然而，复合材料对冲击的低抗性容易导致其机械 性能的大幅下降。对于飞行器复合材料结构而言，冲击可能发生在制造、服役和维护过程 中，在其整个寿命周期中几乎是不可避免的。因此，对飞行器复合材料结构进行机载、在线 冲击监测是很重要的。
[0003] 传统的结构健康监测系统在进行冲击监测时，由于追求高定位精度，因此系统对 软、硬件配置往往具有很高的要求，导致系统体积大、功耗高，不能满足航空机载的要求。数 字式冲击监测节点将冲击传感器的冲击响应信号直接转换为数字序列，并从中提取相应特 征参数以实现冲击区域的定位，从而大大简化了系统，具有体积小、重量轻、功耗低等优点， 满足机载在线监测的要求。
[0004] 真实飞行器往往存在多个大面积复合材料结构需要进行冲击监测，例如机翼、机 身和垂尾等，因此往往需要用多个冲击监测节点进行组网监测。然而当多个监测节点对同 一结构进行大规模组网冲击监测时，存在如下两个问题： (1)当多个监测节点的监测区域相邻时，发生在一个区域的冲击可能会触发其它节点 也进行冲击检测，如果每个节点均单独对冲击进行定位，则会导致定位冲突。因此在实际应 用中需要冲击定位算法能够消除这种冲突，联合多个节点的冲击记录共同判断出正确的冲 击发生区域。
[0005] (2)相邻的监测区域之间往往存在中间区域，这些中间区域不属于任何一个节点 的监测范围，但也同样需要进行冲击监测。工作在单个节点内的定位算法只能对该节点监 测范围内的区域进行冲击监测定位，无法定位这些中间区域。故需要新的冲击定位算法来 对发生在这些中间区域上的冲击进行识别和定位。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于克服技术不足，提供一种基于能量加权因子的复 合材料结构冲击区域定位方法，可有效解决现有多监测节点组网的冲击监测技术所存在的 定位冲突问题以及中间区域难以准确定位的问题，对冲击发生区域进行快速准确的区域定 位。
[0007] 本发明具体采用以下技术方案： 基于能量加权因子的复合材料结构冲击区域定位方法，所述复合材料结构表面的冲击 监测区域内设置有至少两组冲击传感器阵列，每一组冲击传感器阵列分别与一个监测节点 信号连接，各监测节点均与同一个监测中心信号连接；所述冲击区域定位方法包括以下步 骤： 步骤A、以复合材料结构表面所设置的每一个冲击传感器所在位置分别作为一个网格 顶点，对所述冲击监测区域进行网格划分； 步骤B、当冲击发生时，被触发的/7个监测节点中的每一个监测节点接收与其连接的每 一个冲击传感器的冲击响应信号数字序列，并从中选出其冲击响应信号数字序列中的第一 个信号上升沿最先到达的前#个冲击传感器，#为步骤A所划分的单个网格单元的顶点数； 然后计算这#个冲击传感器各自的能量加权因子，并将计算结果发送给监测中心；所述冲 击传感器的能量加权因子按照下式计算：
【权利要求】
1. 基于能量加权因子的复合材料结构冲击区域定位方法，所述复合材料结构表面的冲 击监测区域内设置有至少两组冲击传感器阵列，每一组冲击传感器阵列分别与一个监测节 点信号连接，各监测节点均与同一个监测中心信号连接；其特征在于，所述冲击区域定位方 法包括以下步骤： 步骤A、以复合材料结构表面所设置的每一个冲击传感器所在位置分别作为一个网格 顶点，对所述冲击监测区域进行网格划分； 步骤B、当冲击发生时，被触发的/7个监测节点中的每一个监测节点接收与其连接的每 一个冲击传感器的冲击响应信号数字序列，并从中选出其冲击响应信号数字序列中的第一 个信号上升沿最先到达的前#个冲击传感器，#为步骤A所划分的单个网格单元的顶点数； 然后计算这#个冲击传感器各自的能量加权因子，并将计算结果发送给监测中心；所述冲 击传感器的能量加权因子按照下式计算：
式中，为冲击传感器的能量加权因子，为该冲击传感器的冲击响应信号数字 序列中的第一个信号上升沿的到达时间在所述#个冲击传感器中的先后次序号，观为该冲 击传感器的冲击响应信号数字序列中的全部信号上升沿的持续时间之和； 步骤C、监测中心从这《χ--个冲击传感器中选出能量加权因子值最大的前#个，保持 这#个冲击传感器的能量加权因子值不变，并将其余所有冲击传感器的能量加权因子值均 设为〇 ; 步骤D、监测中心根据所述冲击监测区域中每一个网格单元的#个顶点处的冲击传感 器的能量加权因子之和确定冲击发生的区域：能量加权因子之和的值最大的网格单元即为 冲击发生的区域。
2. 如权利要求1所述复合材料结构冲击区域定位方法，其特征在于，所述冲击传感器 为压电传感器。
3. 如权利要求1所述复合材料结构冲击区域定位方法，其特征在于，对所述冲击监测 区域进行四边形网格划分。
4. 如权利要求1所述复合材料结构冲击区域定位方法，其特征在于，所述监测中心与 监测节点之间通过无线方式信号连接。
5. 如权利要求1所述复合材料结构冲击区域定位方法，其特征在于，在能量加权因子 计算公式中，该冲击传感器的冲击响应信号数字序列中的全部信号上升沿的持续时间之和 观的单位为毫秒。
【文档编号】G01N3/30GK104215528SQ201410455126
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】袁慎芳, 任元强, 邱雷, 梅寒飞, 局尚 申请人:南京航空航天大学