的結(jié)構(gòu)框圖；
[0060] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例四中損傷模擬原理框圖；
[0061] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例四中傳感器獲得的損傷混合信號(hào)時(shí)域圖；
[0062] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例四中經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理單元的混合信號(hào)時(shí)域圖；
[0063] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例四中經(jīng)過稀疏盲源分離單元后得到的3路源信號(hào)時(shí)域圖；
[0064] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例四中經(jīng)過信號(hào)后處理后得到的3路源信號(hào)時(shí)域圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
[0066] 為至少實(shí)現(xiàn)利用少量傳感器就能獲得對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的較好監(jiān)測(cè)效果， 根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠?qū)?fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估判斷，從而做出預(yù)警，提出本發(fā)明 實(shí)施例的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)方法、裝置和系統(tǒng)。
[0067] 實(shí)施例一
[0068] 本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)方法，如圖1所示，所述方 法主要包括：
[0069] 步驟101，獲得傳感信號(hào)，并對(duì)獲得的傳感信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到聲發(fā)射波形信 號(hào)。
[0070] 所述傳感信號(hào)為經(jīng)聲發(fā)射傳感器采集輸出的電荷信號(hào)由電荷放大器放大后獲得 的傳感信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例采用至少兩個(gè)聲發(fā)射傳感器，用來采集復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的聲發(fā) 射電荷信號(hào)，所述聲發(fā)射電荷信號(hào)通常為多種類型的損傷信號(hào)的混疊。
[0071] 在獲得傳感信號(hào)后，將傳感信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，得到聲發(fā)射波形信 號(hào)。
[0072] 步驟102,對(duì)所述聲發(fā)射波形信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣。
[0073] 步驟102具體包括：
[0074] 對(duì)所述聲發(fā)射波形信號(hào)進(jìn)行低頻載荷信號(hào)濾除處理，得到無載荷聲發(fā)射信號(hào)；
[0075] 對(duì)所述無載荷聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行有效的聲發(fā)射數(shù)據(jù)段截取處理，得到有效聲發(fā)射信 號(hào)；
[0076] 對(duì)所述有效聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行中心化處理，得到中心化聲發(fā)射信號(hào)；
[0077] 對(duì)所述中心化聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)白化處理，得到所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣。
[0078] 其中，對(duì)聲發(fā)射波形信號(hào)進(jìn)行低頻載荷信號(hào)濾除處理，具體包括：首先對(duì)聲發(fā)射波 形信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，判斷低頻載荷信號(hào)和聲發(fā)射信號(hào)的頻帶，然后設(shè)計(jì)如下式所示的 切比雪夫帶通濾波器：
[0079]Xfilter (t) =chebybandpass(X(t)，f\，fh)
[0080] 上式中，X(t)代表聲發(fā)射波形信號(hào)，XflltCT(t)代表無載荷聲發(fā)射信號(hào)，代表帶 通濾波器的左截止頻率，4代表帶通濾波器的右截止頻率。因?yàn)槠诩虞d信號(hào)的頻率一般 小于100Hz，而復(fù)合材料損傷聲發(fā)射信號(hào)頻率一般大于5kHz，小于400kHz，所以根據(jù)實(shí)際工 況，fi可在IOOHz和5kHz之間選擇，fh則可以選擇大于400kHz。利用所述切比雪夫帶通濾 波器對(duì)所述聲發(fā)射波形信號(hào)進(jìn)行低頻載荷信號(hào)濾除處理，從而得到無載荷聲發(fā)射信號(hào)。
[0081] 對(duì)無載荷聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行有效的聲發(fā)射數(shù)據(jù)段截取處理，具體包括：首先判斷無 載荷聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域特征，找到聲發(fā)射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻tstart和結(jié)束時(shí)刻tstop，然后設(shè)計(jì)如 下式所示的時(shí)域窗口濾波器：
[0083] 其中，X'flltCT(t)是有效聲發(fā)射信號(hào)?；谒鰰r(shí)域窗口濾波器對(duì)所述帶通濾波 器子單元輸出的無載荷聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行有效的聲發(fā)射數(shù)據(jù)段截取處理，從而得到有效聲發(fā) 射信號(hào)X' filter⑴。
[0084] 對(duì)有效聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行中心化處理，具體處理公式如下：
[0085] fi/teri^ ]
[0086] 其中，E[X'flltCT(t)]代表X'flltCT(t)的期望是中心化聲發(fā)射信號(hào)， 〇即為中心化處理的輸出結(jié)果。
[0087] 對(duì)所述中心化聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)白化處理，具體處理公式如下：
[0088] X(t) -QX'fiUer{t)
[0089] 其中，XOO.是預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣，Q是一個(gè)線性轉(zhuǎn)換矩陣，其滿足如下限制：
[0090] Rm =E[X(t)XT(t)]= /
[0091] 即'#((6)的自相關(guān)矩陣％的為單位矩陣。f(t)即為預(yù)白化處理的輸出結(jié)果。
[0092] 步驟103,對(duì)所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行稀疏盲源分離，得到分離后的信號(hào)。
[0093] 步驟103具體包括：
[0094] 對(duì)所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行稀疏表示，得到稀疏混合信號(hào)；
[0095] 對(duì)所述稀疏混合信號(hào)進(jìn)行混合矩陣估計(jì)，得到稀疏混合矩陣；
[0096] 對(duì)所述稀疏混合信號(hào)和稀疏混合矩陣進(jìn)行1^范數(shù)最小化處理，得到稀疏源信號(hào)；
[0097] 對(duì)所述稀疏源信號(hào)進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，得到所述分離后的信號(hào)。
[0098] 其中，所述對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行稀疏表示，具體公式如下：
[0099] X(t) -ACs0
[0100] 其中，A代表稀疏混合矩陣，?代表稀疏字典，Cs代表待稀疏源信號(hào)在稀疏字典上 對(duì)應(yīng)的系數(shù)。
[0101] 所述對(duì)稀疏混合信號(hào)進(jìn)行混合矩陣估計(jì)，具體包括：對(duì)稀疏混合信號(hào)x(t)采用模 糊C均值聚類方法進(jìn)行處理，得到稀疏混合矩陣的估計(jì)g。：
[0102] 所述對(duì)稀疏混合信號(hào)和稀疏混合矩陣進(jìn)行信號(hào)估計(jì)，具體包括：采用1^范數(shù)最小 化方法，得到稀疏源信號(hào)的估計(jì)^傘。
[0103] 所述對(duì)稀疏源信號(hào)進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，具體包括：利用稀疏反變換方法獲得源信號(hào)的 估計(jì)I。
[0104] 步驟104,對(duì)所述分離后的信號(hào)進(jìn)行小波消噪處理，獲得消噪后的分離信號(hào)。
[0105] 小波消噪是非平穩(wěn)信號(hào)去噪的方法，在本發(fā)明實(shí)施例中具體過程如下：對(duì)所述分 離的信號(hào)首先進(jìn)行小波變換，這樣有效信號(hào)就集中在少量的相對(duì)值較大的小波系數(shù)上，然 后通過根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置小波系數(shù)的閾值，將小于該閾值的小波系數(shù)全部賦值為0,這樣在 小波域就完成了消噪過程，然后再將消噪后的信號(hào)進(jìn)行小波反變換，即可得到消噪后的分 離信號(hào)。
[0106] 在一可實(shí)施方式中，在所述獲得消噪后的分離信號(hào)后，本發(fā)明實(shí)施例的方法還可 包括：
[0107] 分析所述分離信號(hào)的時(shí)頻特性，并將所述分離信號(hào)的時(shí)頻特性與已知的各種損傷 類型的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻特性進(jìn)行比較，以確定所述分離信號(hào)對(duì)應(yīng)的損傷類型。
[0108] 例如：獲得三個(gè)分離信號(hào)A、B、C，通過分析分離信號(hào)A、B、C的時(shí)頻特性，將分離信 號(hào)A、B、C的時(shí)頻特性與已知的基體開裂、脫膠、分層和纖維斷裂這些損傷類型的聲發(fā)射信 號(hào)的時(shí)頻特性進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)分離信號(hào)A的時(shí)頻特性與開裂損傷類型的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻 特性相同，則確定分離信號(hào)A對(duì)應(yīng)的損傷類型為開裂；發(fā)現(xiàn)分離信號(hào)B的時(shí)頻特性與脫膠損 傷類型的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻特性相同，則確定分離信號(hào)B對(duì)應(yīng)的損傷類型為脫膠；發(fā)現(xiàn)分 離信號(hào)C的時(shí)頻特性與分層損傷類型的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻特性相同，則確定分離信號(hào)C對(duì) 應(yīng)的損傷類型為分層。
[0109] 實(shí)施例二
[0110] 對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施例一的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明實(shí)施例二提供了一 種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)裝置，如圖2所示，所述裝置包括：
[0111] 原始波形信號(hào)提取單元1〇,用于獲得傳感信號(hào)，并對(duì)獲得的傳感信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，輸出聲發(fā)射波形信號(hào)；
[0112] 信號(hào)預(yù)處理單元20,用于對(duì)所述聲發(fā)射波形信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，輸出預(yù)處理后的數(shù) 據(jù)矩陣；
[0113] 稀疏盲源分離單元30,用于對(duì)所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行稀疏盲源分離，輸出 分離后的信號(hào)；
[0114] 后處理單元40,用于對(duì)所述分離后的信號(hào)進(jìn)行小波消噪處理，得到消噪后的分離 信號(hào)。
[0115] 其中，所述傳感信號(hào)可以為經(jīng)聲發(fā)射傳感器采集輸出的電荷信號(hào)由電荷放大器放 大后獲得的傳感信號(hào)。
[0116] 在一可實(shí)施方式中，所述信號(hào)預(yù)處理單元20包括：
[0117] 帶通濾波器子單元21，用于對(duì)所述聲發(fā)射波形信號(hào)進(jìn)行低頻載荷信號(hào)濾除處理， 輸出無載荷聲發(fā)射信號(hào)；
[0118] 有效數(shù)據(jù)提取子單元22,用于對(duì)所述帶通濾波器子單元21輸出的無載荷聲發(fā)射 信號(hào)進(jìn)行有效的聲發(fā)射數(shù)據(jù)段截取處理，輸出有效聲發(fā)射信號(hào)；
[0119] 中心化子單元23,用于對(duì)所述有效數(shù)據(jù)提取子單元22輸出的有效聲發(fā)射信號(hào)進(jìn) 行中心化處理，輸出中心化聲發(fā)射信號(hào)；
[0120] 預(yù)白化子單元24,用于對(duì)所述中心化子單元23輸出的中心化聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù) 白化處理，輸出所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣。
[0121] 在一可實(shí)施方式中，所述稀疏盲源分離單元30包括：
[0122] 稀疏表示子單元31，用于所述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行稀疏表示，輸出稀疏混合 信號(hào)；
[0123] 混合矩陣估計(jì)子單元32,用于對(duì)所述稀疏表示子單元31輸出的稀疏混合信號(hào)進(jìn) 行混合矩陣估計(jì)，輸出稀疏混合矩陣；
[0124] 信號(hào)估計(jì)子單元33,用于對(duì)所述混合矩陣估計(jì)子單元32輸出的稀疏混合矩陣和 所述稀疏表示子單元31輸出的稀疏混合信號(hào)進(jìn)行信號(hào)估計(jì)，輸出稀疏源信號(hào)；
[0125] 信號(hào)重構(gòu)子單元34,用于對(duì)所述信號(hào)估計(jì)子單元33輸出的稀疏源信號(hào)進(jìn)行信號(hào) 重構(gòu)，得到所述分離后的信號(hào)。