基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115901152A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211346421.0G06T7/73(2017.01)(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)发明人武湛君邓德双杨雷曾旭杨正岩徐浩马书义(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.G01M7/08(2006.01)G01L5/00(2006.01)G06T5/50(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，属于结构健康监测技术领域。该方法通过计算冲击应力波信号的峭度时间序列，提取峭度时间序列的波达时间差、信号幅值和以及波形相关系数三种特征，分别利用波达时间差、信号幅值和以及波形相关系数运用双曲线原理，延时累加原理和相似度原理进行成像，最后将三幅图像进行归一化累乘融合实现冲击定位。本发明冲击定位方法不依赖于窄带波模型，不需要利用复杂的信号处理手段并对信号模式进行解释，且提取了多种特征进行定位，成像分辨率及定位精度高，在板状结构的冲击定位中具有良好的应用前景。CN115901152ACN115901152A权利要求书1/3页1.一种基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，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、计算峭度时间序列并进行归一化；步骤3、计算不同传感器的冲击应力波信号的相对时延；步骤4、多特征冲击成像；步骤5、图像融合，预测冲击位置。2.根据权利要求1所述基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，其特征在于，所述步骤1中，标记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，记录所有传感器接收到的冲击应力波信号；对于布置了M个压电传感器的结构监测区域，建立直角坐标系，将传感器Pm的位置坐标记为(xm,ym)，传感器接收到的冲击应力波信号记为Sm(t)，m＝1,2,…,M。3.根据权利要求2所述基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，其特征在于，传感器包括压电传感器、应变传感器和加速度传感器。4.根据权利要求1所述基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，其特征在于，所述步骤2中，根据冲击应力波信号窗口计算冲击应力波号的峭度时间序列；具体为，按照下式计算各传感器接收到的冲击应力波信号的峭度时间序列：其中，L为冲击应力波信号的总采样点数，ti为信号第i个采样点对应的时刻，为第m个传感器接收到的冲击应力波信号在时间窗口(0<t<tl)内的平均值；km(tl)是第m个传感器接收到的冲击应力波信号的在时间窗口(0<t<tl)内的峭度值；对各传感器接收到的冲击应力波信号的峭度时间序列进行归一化：其中，max(km(t))为km(t)在时间窗口(0<t<tL)内的最大值。5.根据权利要求1所述基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，其特征在于，所述步骤3中，假定监测区域内任意一点为冲击源位置，根据传感器到假定冲击源位置的距离和冲击应力波的波速，计算不同传感器间冲击应力波信号的相对时延；具体过程如下：利用已知的冲击和同一方向的传感器测得冲击应力波的波速C：其中，Δl为同一方向的传感器的距离，Δt为波达时间差；波达时间差通过冲击应力波信号的归一化峭度时间序列的第一个峰值进行测量；假定结构监测区域中任意一点(x,y)为冲击源位置，它到第m个传感器的距离为Lm(x,2CN115901152A权利要求书2/3页y)：计算不同传感器到假定冲击源位置的距离差Dmn(x,y)：Dmn(x,y)＝Ln(x,y)‑Lm(x,y)m,n＝1,2,..,M(5)其中，n表示第n个传感器；对于假定冲击源位置，计算不同传感器的冲击应力波信号的相对时延τmn(x,y)：6.根据权利要求1所述基于峭度时间序列和多特征图像融合的结构冲击定位方法，其特征在于，所述步骤4中，提取峭度时间序列的波达时间差、信号幅值和以及波形相关系数三种特征，分别利用峭度时间序列的波达时间差、信号幅值和以及波形相关系数特征运用不同原理进行冲击成像；具体过程如下：根据归一化峭度时间序列的第一个峰值提取两个不同传感器的波达时刻TOAm和TOAn，波达时间差为τ'mn(x,y)：τ'mn(x,y)＝TOAn‑TOAmm,n＝1,2,...,M(7)利用波达时间差特征根据双曲线原理得到冲击成像1，冲击成像1的结果表示为I1：其中，σ为时间延迟因子；