数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法
【专利摘要】本发明公开了一种数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，属于航空健康监测【技术领域】。该方法通过个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时，依据冲击发生在某一系统监测区域内时，该区域的传感器距离冲击发生位置最近的特点，提取传感器响应信号转换化后的数字序列阵列的高电平个数和上升沿个数作为特征参数，然后进行辨识方法的特征参数选取，通过比较不同数字冲击区域监测系统的特征参数，选择最大特征参数的监测系统作为辨识正确系统，屏蔽其他系统的响应，避免产生误判。本发明在大型航空结构的多区域冲击监测方面具有广泛的应用前景。
【专利说明】数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，属于航空健康监测【技术领域】。
[0002]【背景技术】
复合材料具有比强度高、比刚度大、性能可设计等优点在各领域的应用越来越广泛，尤其是大型航空结构。欧洲的空客A380和A350-XWB大型民用客机的碳纤维复合材料用量分别达到了结构总重的25%和53%，波音公司的B787大型民用客机复合材料用量为结构总重的50%，然而，层合板复合材料在服役过程中不可避免的要承受各种冲击，极易造成复合材料结构的内部损伤并导致其力学性能退化，承载能力降低。因此对复合材料结构进行冲击监测，确保结构的稳定性和安全性是具有迫切的应用需求的。
[0003]小型化数字式无线冲击监测系统满足小型化和低功耗的要求，将外部压电传感器阵列直接与系统内的比较器阵列连接，压电传感器阵列输出的冲击响应信号阵列经过比较器阵列以后转换为数字序列阵列，根据数字序列阵列实现冲击区域的定位和报警，从而省略了常规被动结构健康监测系统的数据采集和信号放大调理的硬件，具有广泛的应用情
旦
[0004]在实际工程应用中，特别是大型航空结构，其监测区域面积大，包含机翼、机身和垂尾等多个监测部位，需要采用多个系统的组网监测。然而当多个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时，冲 击会造成多个数字式无线监测系统的响应，如无有效的冲击辨识冲突消解方法，将产生误判。
[0005]
【发明内容】
本发明提出了一种数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，为多个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时提供一种冲击辨识冲突消解方法，使其在现有冲击区域定位功能的基础上，实现大型航空结构的冲击组网监测。本发明在大型航空结构的多区域冲击监测方面具有广泛的应用前景。
[0006]本发明为解决其技术问题采用如下技术方案:
一种数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，当π个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时，依据冲击发生在某一系统监测区域内时，该区域的传感器距离冲击发生位置最近的特点，提取传感器响应信号转换化后的数字序列阵列的高电平个数和上升沿个数作为特征参数，然后进行辨识方法的特征参数选取，通过比较不同数字冲击区域监测系统的特征参数，选择最大特征参数的监测系统作为辨识正确系统，屏蔽其他系统的响应，避免产生误判，所述N为大于I的自然数。
[0007]所述辨识方法的特征参数选取有以下三种方法:
①选取《个数字冲击区域监测系统的一维特征参数高电平个数组成特征向量；
②选取《个数字冲击区域监测系统的一维特征参数上升沿个数组成特征向量；
③选取β个数字冲击区域监测系统的二维特征参数高电平个数和上升沿个数组成二维特征向量；所述力大于I的自然数。[0008]本发明的有益效果如下:
本发明为H个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时提供一种冲击辨识冲突消解方法,消除当《个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时，冲击会造成W个数字式无线监测系统的响应而引起的冲击辨识冲突。
[0009]本发明为适用于机载的数字式无线冲击监测系统提供了一种冲击辨识冲突消解方法，使其在现有冲击区域定位功能的基础上，能够实现大型航空复合材料结构的冲击组网监测而不出现冲击误判。
[0010]【专利附图】
【附图说明】
图1为数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法的实施流程图。
[0011]图2大型航空结构多系统组网监测示意图。
[0012]图3为冲击事件发生在2号系统监测区域内示意图。
[0013]图4数字序列阵列一维特征向量PMsdPlU2的分布图。
[0014]图5数字序列阵列一维特征向量Pwm和1>皿2的分布图。
[0015]图6数字序列阵列二维特征向量P1和6的分布图。
[0016]【具体实施方式】
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
[0017]本发明的一种数字式 冲击区域监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法的具体实施流程如图1所示。
[0018]设在同一结构上布置个数字式无线冲击监测系统组成个监测区域；每个系统接入-个布置在结构上的压电传感器组成冲击监测用的压电传感器阵列，每个压电传感器与数字式无线冲击监测系统内部具有k个比较器的比较器阵列的一个比较器连接，冲击发生时，每个系统可以得到-个通道的数字序列。设数字式无线冲击监测系统采集数字序列的采样率为6，数字序列的采样长度为I。
[0019](I)在如图2所示的大型航空结构多系统组网监测中，当监测区域?'内受到外部冲击时，首先个数字式无线冲击监测系统分别获取冲击发生时的数字序列阵列，然后计算得到f个系统的高电平个数和上升沿个数作为特征参数，最后上传特征参数。
[0020](2)采用中央系统接受的个系统的特征参数构造特征向量，构造特征向量的方法有以下三种:
①选取η个系统数字序列阵列的一维特征参数高电平个数构造个特征向量,
^NHLi，…，。
[0021]②选取η个系统数字序列阵列的一维特征参数上升沿个数构造π个特征向量^msi , ，…，Pima。
[0022]③选取η个系统数字序列阵列的二维特征参数高电平个数和上升沿个数构造二维特征向量PpP2，
[0023](3)实际应用中选取上述三种特征向量中的任意一种，采用模式识别分类器对K个特征向量进行分类并输出最大特征向量对应的系统编号I’。为了减小计算量，模式识别分
类器可以采用常规的线性判别分类器，如基于FiSher线性判别准则的分类器，基于近邻估计准则的分类器。
[0024](4)依据模式识别分类器输出最大特征向量对应的系统编号确定第I号监测系统作为辨识正确系统，屏蔽其他系统的响应，避免产生误判。
[0025]为了更好地说明数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法的具体实施步骤，使用无人机复合材料机翼结构说明本方法的具体实施过程。
[0026]无人机复合材料机翼尺寸为1200mmX2000mm，在机翼内表面共布置了 36只压电智能夹层传感器，每四个压电传感器组成一个冲击监测子区域，子区域面积为170mmX 150mm,共组成20个监测子区域，系统能够监测的总面积为850mmX 600mm，如图3所示在结构上布置了 2个数字式无线冲击监测系统组成2个冲击监测区域；将36只压电智能夹层传感器分成两组，每个监测区域的系统接入18个布置在结构上的压电传感器组成冲击监测用的压电传感器阵列，每个系统的监测区域由10个子区域组成。压电传感器与数字式无线冲击监测系统内部比较器阵列连接；每次冲击事件每个系统可以得到18个通道的数字序列阵列。系统采集数字序列的采样率为200KHz，数字序列的采样长度为1000。
[0027](I)采用冲击力锤，如图3所示在无人机机翼上2号系统的监测区域内共施加20次冲击，分别在其4个子区域施加5次。2个数字式无线冲击监测系统分别获取每次冲击的数字序列阵列，并实时上传数字序列阵列的特征参数高电平个数和上升沿个数。
[0028](2)采用每次冲击得到的2个系统的特征参数，按照上述三种策略构造特征向量矩阵:
①选取2个系统数字序列阵列 的一维特征参数高电平个数构造2个特征向量Paso ,Ρ.2。在得到了 I至20次冲击的数字序列阵列的一维特征参数高电平后，构建对应的特
征向量矩阵: [ Py , Pi,2 ,…，Pi,20 ], Pake2:[巧,1 ’ %2 ,…，^2,20 ]。
[0029]②选取2个系统数字序列阵列的一维特征参数上升沿个数构造2个特征向量Pmsi，Pms2。在得到了 I至20次冲击的数字序列阵列的一维特征参数上升沿个数后，构
建对应的特征向量矩阵 Pam1: [ Pu , Pli2 ,…，pUO ] , ^ms2: [ P2,l , Ρ2,2 ,…，Ρ2,30 ]。
[0030]③选取2个系统数字序列阵列的二维特征参数高电平个数和上升沿个数构造二维特征向量巧。在得到了 2个系统I至20次冲击的数字序列阵列的二维特征参数高电平
个数和上升沿个数后，构建对应的特征向量矩阵P1:[Ρμ,Ρι?2ο ],Ρ2: [ Ρ2,ι , P2,2
，…，Ρ2,20 I。
[0031](3)为了验证三种特征向量构造策略的可行性，选取基于Fisher线性判别准则的线性判别分类器，分别对和1*皿2、Pmn和Pass2以及PjPP2进行分类，分类结果分另Ij如图4、5、6所示，其中图4为一维特征向量Ρ.^ΡΡ.2的分布图，图5为一维特征向量
Pms1和IWs2的分布图，图6为二维特征向量巧和巧的分布图。由三种特征向量的分布图
可知，特征向量最大值对应的系统编号都为2，即冲击发生在2号系统的监测区域内，这与实际吻合。
[0032](4)确定2号监测系统作为辨识正 确系统，屏蔽I号系统的响应，从而避免产生误判。
【权利要求】
1.一种数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，其特征在于，当W个数字式无线冲击监测系统在同一结构上组网监测时，依据冲击发生在某一系统监测区域内时，该区域的传感器距离冲击发生位置最近的特点，提取传感器响应信号转换化后的数字序列阵列的高电平个数和上升沿个数作为特征参数，然后进行辨识方法的特征参数选取，通过比较不同数字冲击区域监测系统的特征参数，选择最大特征参数的监测系统作为辨识正确系统，屏蔽其他系统的响应，避免产生误判，所述h力大于I的自然数。
2.根据权利要求1所述的数字式无线冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，其特征在于，所述辨识方法的特征参数选取有以下三种方法: ①选取η个数字冲击区域监测系统的一维特征参数高电平个数组成特征向量； ②选取《个数字冲击区域监测系统的一维特征参数上升沿个数组成特征向量； ③选取《个数字冲击区域监测系统的二维特征参数高电平个数和上升沿个数组成二维特征向量；所述f力大于I的自然数。
【文档编号】G01M7/08GK103471799SQ201310374168
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】袁慎芳, 梅寒飞, 任元强, 邱雷, 钱伟峰 申请人:南京航空航天大学