【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器受力、变形及荷载状态的测量和识别，具体为柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法。
技术介绍
1、柔性变形测量元件，也叫柔性形变传感器，敷设在暗埋设施结构上，通过测量其随结构共同变形时电阻的变化实现对其受力或变形的推算，相对于金属应变片具有变形量程大的优点。其传感机制主要有压阻效应、微裂纹扩展、隧道效应和界面接触电阻变化四类，目前尚未探明微观机制对电阻变化的机理和精准规律，且尚无能够精准描述或者识别元件受力或变形状态与其电阻变化规律之间的物理定律：当柔性变形测量元件应用于暗埋结构变形或受力监测时，由于暗埋结构发生多自由度的变形且无法被人观测，处于变形状态类型未知的情况，但测量元件输出的单一电学信号无法反映实际变形的状态类型，所以亟需对测量信号所对应的实际变形多解性进行预测和识别。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，包括以下步骤：
3、s1、变形信号采集，搭建复合变形试验系统，复合变形试验系统包含拉-扭试验台、电阻测量回路、计算机、第一数采设备、第二数采设备，拉-扭试验台通过第一数采设备将采集的信息传输至计算机存储，电阻测量回路通过第二数采设备将采集的信息传输至计算机存储；
4、s2、生成目标信号，将单个元件受拉伸、受扭转荷载时的电阻变化率的时程散点图中的散点按时刻顺序以直线段顺次连接得到单个
5、s3、目标信号最优分解，以多分辨率分析实现针对目标信号的离散小波变换，母小波函数依次取haar小波、daubechies小波、biorthogonal小波、symlets小波、mexican hat小波、coiflets小波、gaussian小波、morlet小波、meyer小波，在同种母小波函数条件下对目标信号y(t)进行n级分解后经重构得到近似信号y’(t)，计算同种母小波函数条件下y’(t)逼近y(t)的精度sdj.kj.h.n，上述计算按式，n为不小于3的正整数，j取值0、1分别对应受拉伸荷载、受扭转荷载，整数kj为j类荷载下元件序号且取值范围为[1,kj]，kj为j类荷载下元件最大序号，整数h取值1、2、3、4、5、6、7、8、9分别对应以haar小波、daubechies小波、biorthogonal小波、symlets小波、mexican hat小波、coiflets小波、gaussian小波、morlet小波、meyer小波作为母小波函数，小波分解层级i，1≤i≤n，n为小波分解总级数，取总体精度最大值所对应的母小波函数为最优母小波函数；
6、s4、电阻变化率时程差异检测定位，受拉伸荷载的元件电阻变化率时程特征提取以最优母小波函数对拉伸变形电阻变化率时程变化曲线中的电阻变化率时程信号进行离散小波变换，得到第i级小波分解中的拉伸高频部分hi，第一调节系数为v1，以式对hi中的信号振幅yhi(t)进行处理得到y’hi(t)，yhi(t)中信号的振幅绝对值的最大值、最小值分别为mhi、mhi，受扭转荷载的元件电阻变化率时程特征提取以最优母小波函数对扭转变形电阻变化率时程变化曲线中的电阻变化率时程信号进行离散小波变换，得到第i级小波分解中的扭转高频部分bi，第二调节系数为v2，以式对bi中的信号振幅ybi(t)进行处理得到y’bi(t)，ybi(t)中信号的振幅绝对值的最大值、最小值分别为mbi、mbi，定位差异级位根据式，取当在1≤i≤n范围内达到最小值时的i作为最大差异级位i；
7、s5、生成线性变换时序样本，对于i=i的情况，第a段时序样本为(x1(a), x2(a),x3(a), x4(a), x5(a))；
8、s6、训练荷载状态识别模型，首先构造模型结构，荷载状态识别模型采用反向传播神经网络结构，包括一个输入层、q个隐藏层和一个输出层，相邻两层中的神经元完全连接，每个连接都被赋予一个乘以输入值的可训练权重，所有隐藏层都使用relu激活函数，然后进行批量归一化，使用xavier初始化来初始化权重和偏差值，q为不小于3的正整数，然后训练神经网络利用时序样本，训练集使用(x1(a), x2(a), x3(a), x4(a))作为输入，对应的标注为x5(a)，a∈{1,2,3,…,2a}，训练荷载状态识别模型，能够根据输入的第一变量、第二变量、第三变量、第四变量得到输出值hzgj，当hzgj>0.5时则预测得到的荷载状态类型为扭转，当hzgj≤0.5时则预测得到的荷载状态类型为拉伸。
9、优选地，变形信号采集中，拉-扭试验台对测试元件施加定量的拉伸、扭转荷载。
10、优选地，变形信号采集中，在拉-扭试验台上，对在电阻测量回路中的柔性变形测量元件进行加载平行实验，记录各元件在加载全过程中的实测电阻值，根据实测电阻值绘制电阻变化率的时程散点图。
11、优选地，加载平行实验中，为对生产批次、形状大小、密度均相同的两组元件，分别进行单向拉伸或扭转，拉伸功率和扭转功率相同且在加载时间内恒定，拉伸时长和扭转时长相同均为t。
12、优选地，t时刻电阻变化率rt按式计算，rt为t时刻实测电阻值，r0为初始电阻值。
13、优选地，生成目标信号中的目标信号包含拉伸变形目标信号、扭转变形目标信号。
14、优选地，目标信号最优分解中的h类母小波函数的总体精度tdh.n按式计算。
15、优选地，电阻变化率时程差异检测定位中的第一调节系数v1的取值范围为(0,0.0001]，第二调节系数v2的取值范围为(0, 0.0001]。
16、优选地，生成线性变换时序样本中对y’hi(t)，在[0，t]时域内按δt间隔，将t∈[0，t]时域均匀分割为a段，记第a段的起始时刻、终止时刻分别为t(a-1)、t(a)，a为[1, a]内的整数，t(0)=0，t(a)-t(a-1)=δt，并计算第a段的第一变量x1(a)、第二变量x2(a)、第三变量x3(a)、第四变量x4(a)，如式、式、式，x4(a)为第a段内y’hi(t)一阶导数为0以及一阶不可导的点数总数，第a段的类型标注x5(a)=0，生成拉伸变形时序样本。
17、优选地，生成线性变换时序样本中将y’bi(t)在时域上平移得y’bi(t-t)，对y’bi(t-t)，在t∈[0，2t]时域内按δt间隔，将[0，2t]时域均匀分割为2a段，记第a段的起始时刻、终止时刻分别为t(a本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述变形信号采集中，拉-扭试验台对测试元件施加定量的拉伸、扭转荷载。
3.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述生成目标信号中的目标信号包含拉伸变形目标信号、扭转变形目标信号。
4.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述目标信号最优分解中的h类母小波函数的总体精度TDh.N按式计算。
5.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述电阻变化率时程差异检测定位中的第一调节系数v1的取值范围为(0, 0.0001]，第二调节系数v2的取值范围为(0, 0.0001]。
6.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：当在1≤i≤N范围内达到最小值时的i作为最大差异级位I且对于i=I的情况，以式对Hi中的信号振幅yHi(t)进行处理得到的量为y’Hi(t)=y
7.根据权利要求6所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：以式对Bi中的信号振幅yBi(t)进行处理得到的量为y’Bi(t)=y’BI(t)，这样生成线性变换时序样本中将y’BI(t)在时域上平移得y’BI(t-T)，对y’BI(t-T)，在t∈[0，2T]时域内按Δt间隔，将[0，2T]时域均匀分割为2A段，记第a段的起始时刻、终止时刻分别为t(a-1)、t(a)，a为[A+1, 2A]内的整数，t(A+1)=T+Δt，t(a)-t(a-1)=Δt，并计算第a段的第一变量x1(a)、第二变量x2(a)、第三变量x3(a)、第四变量x4(a)，如式、式、式，x4(a)为第a段内y’BI(t-T)一阶导数为0以及一阶不可导的点数总数，第a段的类型标注x5(a)=1，生成扭转变形时序样本。
...【技术特征摘要】
1.柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述变形信号采集中，拉-扭试验台对测试元件施加定量的拉伸、扭转荷载。
3.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述生成目标信号中的目标信号包含拉伸变形目标信号、扭转变形目标信号。
4.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述目标信号最优分解中的h类母小波函数的总体精度tdh.n按式计算。
5.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：所述电阻变化率时程差异检测定位中的第一调节系数v1的取值范围为(0, 0.0001]，第二调节系数v2的取值范围为(0, 0.0001]。
6.根据权利要求1所述的柔性变形测量元件拉扭状态类型识别方法，其特征在于：当在1≤i≤n范围内达到最小值时的i作为最大差异级位i且对于i=i的情况，以式对hi中的信号振幅yhi(t)进行处理得到的量为y’hi(t)=y’hi(t)，这样生成线性变换时序样本中对y’hi(t)，在[0，t]时域内按δt间隔，将t∈[0，t]时域...
【专利技术属性】
技术研发人员：施烨辉，徐成华，汤国毅，程荷兰，李彤，刘桂超，巩磊，颜杜明，韩佳彤，田亚护，蔡国庆，张巍，陈一村，董建军，周荣华，
申请(专利权)人：江苏南京地质工程勘察院，
类型：发明
国别省市：
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