基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114111579A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111437873.5G06F17/10(2006.01)(22)申请日2021.11.30G06F17/16(2006.01)G06F30/23(2020.01)(71)申请人武汉理工大学G06F111/10(2020.01)地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号申请人中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所(72)发明人洪流廖文林张浩张龙丁洋洋(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人严彦(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)G01L1/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法及系统(57)摘要一种基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法及系统，通过光纤光栅传感器做结构的冲击测试得到各个应变采集点的应变数据；将有理分式多项式拟合RFP和传递率法结合，运行模态分析方法OMA对应变数据进行处理，得到离散的应变模态振型；通过有限元分析得到的应变模态振型对测试得到的离散振型进行平滑和扩张得到完整的模态振型的数据；再通过模态叠加法将有限阶的模态振型进行叠加得到理论上结构在受到外界冲击后的响应；对理论上的各个冲击的响应进行运行模态分析得到各阶振型的留数并建立留数数据库；最后通过模态参数识别和模态留数匹配法确定冲击载荷的位置，实现精确识别材料受到外界冲击的目标。本发明减少了传感器数量和冲击试验次数。CN114111579ACN114111579A权利要求书1/2页1.一种基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法，其特征在于：通过光纤光栅传感器做结构的冲击测试得到各个应变采集点的应变数据；将有理分式多项式拟合RFP和传递率法结合，运行模态分析方法OMA对应变数据进行处理，得到离散的应变模态振型；通过有限元分析得到的应变模态振型对测试得到的离散振型进行平滑和扩张得到完整的模态振型的数据；再通过模态叠加法将有限阶的模态振型进行叠加得到理论上结构在受到外界冲击后的响应；对理论上的各个冲击的响应进行运行模态分析得到各阶振型的留数并建立留数数据库；最后通过模态参数识别和模态留数匹配法确定冲击载荷的位置，实现精确识别材料受到外界冲击的目标。2.根据权利要求1所述基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法，其特征在于：运行模态分析方法OMA对应变数据进行处理时，只需要沿表面测量应变响应得到结果。3.根据权利要求1所述基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法，其特征在于：通过模态扩张，使用有限元得到的模态振型对所述离散的测试模态振型进行修正，得到完整的测试模态振型数据，转化公式如下：其中，a是测试得到的离散模态振型矩阵，是模态扩张后得到的完整的测试模态振型矩阵，B是有限元分析得到的完整模态振型矩阵，Ba是自由度数减小为有效自由度数的有限元模态形状矩阵，为Ba的伪逆。4.根据权利要求1所述基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法，其特征在于：根据测试模态振型数据通过模态叠加法确定冲击点在任意位置的冲击响应，梁的振型函数如下，φr(x)＝coshβrx‑cosβrx+ξr(sinhβrx‑sinβrx)其中，x为梁上距离紧固端沿梁方向的长度；r为模态阶数；φr(x)为梁结构的位移振型函数；βi为系统特征值；ξr为系数比值；其中，l为梁结构长度。5.根据权利要求1或2或3或4所述基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法，其特征在于：根据数值仿真响应信号确定冲击点位置时，对数值仿真响应信号进行多项式拟合，得到各阶模态的留数；将每个冲击点响应得到的留数作为一个元素组成一个数据库；在测试中敲击随机位置，将得到的应变信号进行运行模态分析和正交多项式曲线拟合，得到此状态下的留数；将对应的留数与数据库中的元素比较，绘制误差曲线图，找到误差最小时对应的位置坐标。6.一种基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位系统，其特征在于：用于实现如权利要求1‑5任一项所述的一种基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位方法。7.根据权利要求6所述基于光纤光栅传感器在低采样率下的冲击定位系统，其特征在于：设置多个光纤布拉格光栅传感器、冲击梁模型、光纤光栅解调仪和计算机；多个FBG传感器设置在所述冲击梁模型的冲击监测区域，各FBG传感器分别与光纤光栅解调仪连接；2CN114111579A权利要求书2/2页光纤光栅解调仪与计算机连接，所述光纤光栅解调仪用于解调出所述光纤布拉格光栅传感器的中心波长漂移量，所述计算机用于根据所述中心波长漂移量确定冲击点响应信号强度，并对所述冲