【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种飞机机翼结构冲击定位的新型传感方法与装置，它采用光纤光栅传感网络实时在线检测冲击事件发生时的冲击信号，实现对机翼结构低速冲击领域单点与多点的定位，属于光纤传感领域。
技术介绍
1、碳纤碳纤维增强聚合物(carbon fibre-reinforced polymer，cfrp)复合材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀和优异的设计灵活性等特点，已广泛应用于航空、高速铁路系统、土木工程、风力发电、船舶及海洋工程等领域。这就要求对cfrp构件的实时性和长期性能进行合理的设计和控制。结构健康监测(structural health monitoring，shm)技术能够提供结构状态的实时信息。shm的主要目标是检测复合材料结构行为，从而确定失效或不健康的结构状态。由于冲击事件发生时长期来看会造成难以观察到的损伤，造成严重损失，因此对冲击事件的监测有一定研究价值。
技术实现思路
1、本专利技术提出的光纤光栅飞机机翼冲击定位系统是一种新型在线检测装置，它具有以下独特优点：(1)光纤光栅飞机机翼冲击定位系统在传感及传输区域完全采用光信号，与电绝缘，具有本质安全、防爆、防雷击、抗电磁干扰等特点；(2)光纤光栅传感器，即光纤布拉格光栅(fiber bragg grating，fbg)尺寸小、重量轻，易于安装在机翼结构的外部或者嵌入进内部进行安装和使用；(3)采用新型去噪算法能有效的消除环境噪声以及冲击信号的非平稳性和非线性特征，能够准确估计出到达时间，进一步提升定位精度。包括以下步骤：p>
2、s1：利用ansys workbench建立机翼结构的三维模型；提取应变数据利用逆有限元法仿真选取合适的定位指标。
3、s2：依据机翼结构长度和尺寸以及空间间隔，确定光纤光栅传感器的总数量。
4、s3：把这些光纤光栅传感器每隔一定的空间间隔分别环绕布局安装在机翼同一水平面上的各个标识区域。其中，第一个光纤光栅传感器用于环境温度补偿，其余光纤光栅传感器紧贴安装在机翼表面(或嵌入式安装)，用于监测冲击事件发生时的振动信号。
5、s4：通过冲击实验平台确定冲击位置，光纤光栅传感器沿机翼铺设并分别与波长解调仪连接，最后连接计算机并在其上面进行后端处理。
6、s5：一般情况下，充需要计算信号的到达时间，提取出该时刻的应变值进行定位成像，但由于冲击信号通常是非平稳非线性的信号，存在多模态噪声，因此采用变分模态分解方法，同时通过希尔伯特变换计算信号到达时间。
7、s6：对于信号处理部分，先得到冲击信号进行时域与频域分析，并设置变分模态分解层数为6层，减少计算时间。对不同模态分量在进行傅里叶变换进行频域分析，并进行比较
8、s7：vmd建立变分问题，设置约束条件求解：
9、
10、s8：引入二次惩罚因子α和拉格朗日乘法算子λ(t)，将约束性变分问题变为非约束性变分问题；
11、
12、s10：将各模态分量与原始信号的时频域进行比较分析选择正确的实信号进行希尔伯特变换h[x(t)]；
13、
14、s11：求解复解析信号z(t)；
15、s12：其包络线为∣z(t)∣，得到信号到达时间。
16、s13：利用信号到达时间提取冲击时的最大应变值，提供给逆有限元法进行应变场反演进行定位。
17、s14：利用信号到达时间提取冲击时的最大应变值，提供给逆有限元法进行应变场反演进行定位。
18、
19、其中，ue表示每个逆壳单元节点位移向量，bm和bk表示包含形状函数的矩阵，而εxxεyyγxy表示x、y方向应变和x-y方向的剪切应变。
20、对于飞机机翼低速冲击定位，在本专利技术中，采用波分复用技术，选用若干组具有不同中心波长的全同光纤光栅，在2000hz的采样率下进行实时监测。
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1.一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，利用ANSYS Workbench软件建立机翼结构的三维模型，并对机翼三维模型进行冲击实验获取仿真应变数据提供给逆有限元法进行定位指标选取。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，在平台上布置传感器：依据机翼的大小及安装时空间间隔，确定光纤光栅传感器的总数量、以及光纤光栅传感器的分布式布局，并利用同种规格的光纤制作若干组全同光纤光栅；把这些光纤光栅传感器每隔一定的空间间隔连接布局，分别安装在机翼同一水平面上的各个标识区域，其中，第一个光纤光栅传感器用于环境温度补偿，其余光纤光栅传感器紧贴安装在机翼表面(或嵌入式安装)，用于对冲击信号进行采集。
4.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，通过冲击实验平台确定冲击位置，光纤光栅传感器沿机翼铺设并分别与波长解调仪连接，最后连接计算机并在其上面进行后端处理。>
5.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，进行信号处理：通过变分模态分解(Variation mode decomposition，VMD)将冲击信号进行模态分解，选取合适的模态分量进行希尔伯特包络线分析，获得冲击信号的最早到达时间提取全局传感器应变值。
6.如权利要求5所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，信号预处理如下：
7.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，利用逆有限元法进行反演：
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，利用ansys workbench软件建立机翼结构的三维模型，并对机翼三维模型进行冲击实验获取仿真应变数据提供给逆有限元法进行定位指标选取。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的飞机机翼冲击定位方法，其特征在于，在平台上布置传感器：依据机翼的大小及安装时空间间隔，确定光纤光栅传感器的总数量、以及光纤光栅传感器的分布式布局，并利用同种规格的光纤制作若干组全同光纤光栅；把这些光纤光栅传感器每隔一定的空间间隔连接布局，分别安装在机翼同一水平面上的各个标识区域，其中，第一个光纤光栅传感器用于环境温度补偿，其余光纤光栅传感器紧贴安装在机翼表面(或嵌入式安装)，用于对冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，许力，刘焕淋，冯彦清，王燚晗，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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