基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901049A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211346424.4(22)申请日2022.10.31(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号申请人大连君晟科技有限责任公司(72)发明人杨雷邓德双杨正岩曾旭徐浩马书义武湛君(74)专利代理机构青岛智地领创专利代理有限公司37252专利代理师种艳丽(51)Int.Cl.G01L5/00(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，属于结构健康监测技术领域；该方法利用信号分解技术将冲击应力波信号分解成多频率信号分量，计算各频率信号分量的包络信号，对监测区域离散成若干网格，引入基于波形的相似度指数，将网格点的相似度指数作为网格点的像素值实现冲击成像，根据峰值信噪比判定冲击成像结果是否有效，将有效图像进行图像融合作为最终的冲击成像结果，将最终融合后的图像像素值最大值的位置作为预测的冲击位置。本发明冲击成像定位方法定位精度高，而且成像聚焦性好，具有较好的工程应用前景。CN115901049ACN115901049A权利要求书1/3页1.一种基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、标记传感器的位置坐标，记录冲击应力波信号；步骤2、对冲击应力波信号进行分解，获取多频率信号分量；步骤3、利用希尔伯特变换计算各传感器不同频率信号分量的包络信号；步骤4、计算不同传感器各频率信号分量的相对时延；步骤5、计算波形相似度指数，冲击成像；步骤6、根据有效冲击成像判定结果，进行冲击位置预测。2.根据权利要求1所述基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：步骤1.1、标记壁板结构上监测区域内的所有接收冲击应力波信号的传感器的位置坐标，传感器Sm的位置坐标记为(xm,ym)，m＝1,2,…,M；M为传感器总数；步骤1.2、记录所有传感器接收到的冲击应力波信号，将传感器接收到的冲击应力波信号记为hm(t)，m＝1,2,…,M。3.根据权利要求1所述基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，其特征在于，所述步骤2中采用小波变换信号分解技术将冲击应力波信号分解，获得多频率信号分量，具体过程如下：步骤2.1、对于实数空间下冲击应力波信号hm(t)的小波变换WT定义如下：其中，a为尺度因子，b为平移因子；“<>”表示内积，ψa,b表示小波函数；R表示实数空间，“ˉ”表示共轭；对于复Morlet母小波函数ψ(·)，定义如下：其中，i表示虚数单位，t表示时间，fb表示复Morlet母小波的带宽，fc为复Morlet母小波的中心频率；步骤2.2、利用复Morlet小波变换对冲击应力波信号进行分解得到信号分量，该信号分量的中心频率与尺度因子之间的关系如下：其中，fn为小波变换分解得到的信号分量的中心频率，fc为复Morlet母小波的中心频率，fs为冲击应力波信号的采样频率；通过调节尺度因子a、复Morlet母小波的中心频率fc和带宽fb，根据式(1)‑(3)分解得到各传感器多频率信号分量k＝1,2,…,K,K为不同频率的总数。4.根据权利要求1所述基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，其特征在于，所述步骤3中，求各传感器的不同频率信号分量的包络信号如下：2CN115901049A权利要求书2/3页其中，为的希尔伯特变换。5.根据权利要求1所述基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程如下：步骤4.1、将监测区域离散成若干网格；假设网格点(x,y)为冲击源位置，它到第m个传感器的距离为：步骤4.2、计算不同传感器到冲击源位置的距离差dmn(x,y)：dmn(x,y)＝Rn(x,y)‑Rm(x,y)m,n＝1,2,..,M(6)其中，n表示第n个传感器；步骤4.3、计算不同传感器的各频率信号分量的相对时延其中，Ck为冲击应力波第k个频率信号分量的波速。6.根据权利要求1所述基于波形相似度和多频率综合的结构冲击成像定位方法，其特征在于，所述步骤5的具体过程如下：步骤5.1、对于网格点(x,y)，根据不同传感器之间各频率信号分量的时延，以包含冲击应力波中直达波信号的时长τ的时间窗口截取包络信号计算余弦相似度其中：其中，L为时长为τ的包络信号的总采样点数，l表示第l个采样点；步骤5.2、对于第k个频率信号分量，定义网格点(x,y)的相似度指数Ik(x,y)如下：步骤5.3、搜索所有网格点的相似度指数，将相似度指数作为像素值