CN107228797B - 冲击定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冲击定位方法及装置，涉及冲击检测技术领域。该方法包括：获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号；判断多个传感器中是否存在任意一个传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；若存在任意一个幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对多个传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得多个传感器对应的多段归一化信号；利用过完备字典对多段归一化信号进行稀疏表示，获取到预设个数的预设冲击点以及每个预设冲击点对应的稀疏表示系数；根据预设冲击点以及稀疏表示系数，对冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。该方法能提高定位效果。
Description
技术领域
本发明涉及冲击检测技术领域，具体而言，涉及一种冲击定位方法及装置。
背景技术
由于航天材料结构的工作环境的特殊性和复杂性，航天结构容易受到空间随便的撞击，而撞击造成的损伤会严重影响航天结构的可靠性能。因此，对于冲击信号的能量和位置进行实时评估显得尤为重要。考虑到太空的复杂工作环境对于传感器件的要求，光纤光栅传感器因其重量轻，柔韧性好，抗电磁干扰的优势，很适合用于组建航天结构健康监测中的传感器网络。
传统的位置确定方法，对于冲击信号进行监测时，通常通过对冲击产生的应力波进行测量。通过对传感器布置位置的应力应变进行测量，进行高频率的时域监测，结合波速和传感器所在的几何位置，几何解算冲击所在的位置。这类方法可以很好的解决布置应变片传感器网络的规整几何结构(板，梁)的冲击定位系统，这种方法对于测量系统的有较高的时域性能要求，然而针对光纤布拉格光栅的测量设备受限于时域性能，测量频率大多在10KHz以下，尤其是多路测量的高速解调设备，常见的采样频率一般只有1KHz，因此该方法并不适合由光纤光栅传感器构成的传感网络。这类方法需要测量系统具有较高的频率，且传感器和冲击位置之间的应力波传播路径中没有阻挡，这种方法在开孔结构和复杂的待测试结构上的效果也欠佳。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种冲击定位方法及装置来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种冲击定位方法，所述方法包括：获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号；判断所述多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；若存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号；利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，获取到过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，所述过完备字典中包括所述待测试结构中的所有预设冲击点以及每个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号；根据所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。
一种冲击定位装置，所述装置包括第一信号获取模块、信号幅值判断模块、信号处理模块、稀疏表示模块以及冲击定位模块，其中，所述第一信号获取模块用于获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号；所述信号幅值判断模块用于判断所述多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；所述信号处理模块用于若存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号；所述稀疏表示模块用于利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，获取到过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，所述过完备字典中包括所述待测试结构中的所有预设冲击点以及每个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号；所述冲击定位模块用于根据所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对所述过完备字典中的多个预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。
本发明实施例提供的冲击定位方法及装置，通过获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，判断多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；当存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值时，对多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获取到多段归一化信号；再利用过完备字典对多段归一化信号进行稀疏表示，从而获取到预设个数的预设冲击点以及对应的稀疏表示系数，最后对该预设个数的预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。该方法可以通过低频的时域信号进行冲击定位，对时域性能要求较低，可以较好地利用光线光栅传感器进行冲击定位。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例提供的计算机的结构示意图；
图2示出了本发明第一实施例提供的冲击定位方法的流程图；
图3示出了本发明第一实施例提供的待测试结构的示意图；
图4示出了本发明第一实施例提供的冲击定位方法的步骤S140的流程图；
图5示出了本发明第一实施例提供的有效信号组的波形图；
图6示出了本发明第一实施例提供的正态概率密度图；
图7示出了本发明第一实施例提供的随机分布图；
图8示出了本发明第一实施提供的0-1随机向量图；
图9示出了本发明第二实施例提供的冲击定位装置的功能模块图；
图10示出了本发明第二实施例提供的冲击定位装置的稀疏表示模块的功能模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1示出了一种可应用于本发明实施例中的计算机的结构框图。如图1所示，计算机100包括存储器102、存储控制器104，一个或多个(图中仅示出一个)处理器106、外设接口108、射频模块110、音频模块112、显示单元114等。这些组件通过一条或多条通讯总线/信号线116相互通讯。
存储器102可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的冲击定位方法及装置对应的程序指令/模块，处理器106通过运行存储在存储器102内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的冲击定位方法。
存储器102可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。处理器106以及其他可能的组件对存储器102的访问可在存储控制器104的控制下进行。
外设接口108将各种输入/输出装置耦合至处理器106以及存储器102。在一些实施例中，外设接口108，处理器106以及存储控制器104可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
射频模块110用于接收以及发送电磁波，实现电磁波与电信号的相互转换，从而与通讯网络或者其他设备进行通讯。
音频模块112向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
显示单元114在计算机100与用户之间提供一个显示界面。具体地，显示单元114向用户显示视频输出，这些视频输出的内容可包括文字、图形、视频及其任意组合。
可以理解，图1所示的结构仅为示意，计算机100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
第一实施例
本发明第一实施例提供了一种冲击定位方法，该冲击定位方法应用于计算机。请参见图2，该冲击定位方法包括：
步骤S110：获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号。
在利用光纤布拉格光栅传感器对待测试结构进行冲击定位时，待测试结构上均匀的布置有多个光纤布拉格光栅传感器，待测试结构上的多个光纤布拉格光栅传感器构成传感器网络。
例如，如图3所示，当待测试结构是尺寸为300mm*300mm*20mm的矩形双面碳纤维铝蜂窝夹芯板，有四个装配孔在蜂窝板的中心位置。布置光纤布拉格光栅传感器时，均匀的布置传感器网络在结构中，光纤布拉格光栅传感器的布置需要与装配孔保持一定位置，并且保证光纤布拉格光栅传感器的覆盖区域能够覆盖待测区域。在该待测试结构中，装配孔的连线将矩形区域表示的待测试结构分成9个小区域，如图3所示，因此在每个小区域的中心设置一个光纤布拉格光栅传感器，共在该待测试结构上粘贴9个光纤布拉格光栅传感器。
在获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器进行冲击定位之前，还需要进行过完备字典的建立。因此，该结构冲击方法还包括有：控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行预设次数的典型冲击；获取待测试结构上的多个光纤布拉格光栅传感器采集的所述典型冲击对应的应力应变信号；对所述应力应变信号进行预处理，获得过完备字典，所述过完备字典包括多个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号。
在控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行典型冲击之前，还需要确定多个预设冲击点。为保证预设冲击点均匀分布于待测试结构且满足预设冲击点个数，确定多个预设冲击点可以是：对所述待测试结构进行网格划分，获取到多个网格交点确定为预设冲击点。
例如上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时，可以对该待测试结构进行网格划分，由于待测试结构的尺寸为300mm*300mm*20mm，因此可以以20mm的边长作为网格尺寸，将待测区域划分为15*15个方格，待冲击点为网格的交点的个数，即14*14共196个。
在控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行预设次数的典型冲击时，需要选择合适冲击位臂长、摆重以及冲击角度的冲击摆进行冲击，以使在对待测试结构进行冲击时，不会对待测试结构造成损伤，并且保证相对远离冲击点的光纤布拉格光栅传感器可以采集到较好的时域信号。
例如对上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板进行典型冲击时，可以选择冲击位臂长为300mm，摆重为25g，冲击角度为45°的圆形冲击摆对该待测试结构进行典型冲击加载。
冲击摆对预设冲击点进行典型冲击时，每个预设冲击点进行多次的冲击，每次对待测试结构进行冲击时，多个光纤布拉格光栅传感器对冲击产生的应力应变信号进行实时采集，获取到多个光纤布拉格光栅传感器采集的每次冲击对应的应力应变信号。
例如上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时，可以是将冲击摆调对准预设冲击点后，进行冲击，每个预设冲击点对应预设次数的冲击，其预设次数可以为10次。在对每个冲击点进行每次冲击时，可以获取每个光纤布拉格光栅传感器采集到的摆锤下落的5S内的各光纤布拉格光栅传感器的时域信号，采集到的是1KHz的应力应变信号。
对每个冲击点进行预设次数的冲击后，获取到了多段的应力应变信号，每段应力应变信号对应的为一次采集的一段时间内的应力应变信号，如上述的5S内的各光纤布拉格光栅传感器的时域信号。当冲击点个数为196个，预设次数为10时，得到1960段应力应变信号。
再对获取的多段应力应变信号进行预处理，以预处理后的信号形成过完备字典，过完备字典里包括了多个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号，当然，过完备字典里还包括了每段应力应变信号与光纤布拉格光栅传感器、预设冲击点之间的对应关系。
具体的，对所述应力应变信号进行预处理，包括：对所述应力应变信号进行裁剪处理，获取到所述应力应变信号的最大的幅值绝对值对应的时间的预设时间范围内的应力应变信号；对所述预设时间范围内的应力应变信号进行归一化处理，获取到过完备字典。
针对每段应力应变信号，需要获取每段应力应变信号中具有冲击的特性的信号。因此，对应力应变信号进行裁剪处理，可以是获取每段信号中幅值绝对值最大值对应的时间前后范围内一定时间段的应力应变信号。
例如上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板，可以获取每段信号中幅值绝对值对应时间的前20ms，后180ms的时间范围内的应力应变信号。
再对获取的应力应变信号进行裁剪处理后，由于每个光纤布拉格光栅传感器采集的信号的幅值大小标准没有统一，因此，还需要对裁剪处理后的应力应变信号进行归一化处理。具体的，可以是：对每次典型冲击对应的各个光纤布拉格光栅传感器对应的预设时间范围内的应力应变信号根据S(t)＝ε(t)/max||ε(t)||进行归一化处理，其中，S(t)为归一化信号，ε(t)为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，max||ε(t)||为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号绝对值的最大值，t表示时间。
在对裁剪后的多段应力应变信号进行归一化处理后，获取到多段归一化后的应力应变信号，即多段应力应变信号的幅值介于-1到1之间。根据获取到的多段归一化后的应力应变信号组建过完备字典，过完备字典包括多段归一化后的应力应变信号，预设冲击点、光纤布拉格光栅传感器以及每段归一化后的应力应变信号之间的对应关系。
在过完备字典建立完成后，可以实时的获取待测试结构上的各个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，作为后续定位的分析依据。
步骤S120：判断所述多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值。
在实时获取待测试结构上的多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号时，可以实时的判断多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号中，是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，例如，可以是，实时获取过程中，一旦获取到一个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，即认为存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值。
例如，可以以设置过完备字典建立过程中，光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号的幅值绝对值的最大值的20％作为预设幅值绝对值。
步骤S130：若存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号。
当判断出存在任意一个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号在某一时间的幅值绝对值大于预设幅值绝对值时，则可以对待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器在该时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获取到多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号。预设时间范围应当与建立过完备字典中进行裁剪处理的时间范围一致，从而保证预设时间范围内的信号的时间长度与过完备字典中每段应力应变信号的时间长度一致。
例如，当上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时，可以是选取判断出存在任意一个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号的幅值绝对值大于预设幅值绝对值时，该时间前20ms，后180ms时间范围内的应力应变信号进行归一化处理。
具体的，步骤S130包括：
对所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的预设时间范围内的信号根据S(t)＝ε(t)/max||ε(t)||进行归一化处理，获取到归一化处理后的归一化信号，其中，S(t)为归一化信号，ε(t)为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，max||ε(t)||为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号绝对值的最大值，t表示时间。
获取到的归一化处理后的归一化信号，其每个光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号的幅值范围介于-1到1之间。
步骤S140：利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，获取到过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，所述过完备字典中包括所述待测试结构中的所有预设冲击点以及每个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号。
在获取到每个光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号后，可以利用过完备字典对多段归一化信号进行稀疏表示。其稀疏表示算法可以是正交匹配追踪法，当然本发明实施例中，稀疏表示算法并不作为限定。进行稀疏表示后，可以得到与冲击定位相关的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数。
具体的，如图4所示，步骤S140可以包括：
步骤S141：根据所述多段归一化信号，获取所述处理后的应力应变信号中信号幅值绝对值最大的预设个数的光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号作为有效信号组，所述预设个数的光纤布拉格光栅传感器为有效传感器。
为实现精确定位，排除测得的信号中不精确的信号，可以在进行归一化处理后的多个光纤布拉格光栅传感器采集的多段归一化信号中，获取每段归一化信号的最大幅值绝对值，再将每段归一化信号的最大幅值绝对值进行比较，得出多段归一化信号中幅值绝对值最大的预设个数的光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号，即获取到多段归一化信号中幅值绝对值最大的预设段数的归一化信号，预设段数与预设个数相等。将获取的预设个数的光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号作为有效信号组，预设个数的光纤布拉格光栅传感器作为有效传感器。需要说明的是，该幅值绝对值是每段归一化信号中最大的幅值绝对值。
例如，上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时，当光纤布拉格光栅传感器的个数为9，可以从进行归一化处理后的9个光纤布拉格光栅传感器采集的9段归一化信号中选取出幅值绝对值最大的4段归一化信号，如图5所示。将获取的4个传感器对应的归一化信号作为有效信号组。
步骤S142：根据所述有效信号组，建立每个有效信号组对应的正态分布模型：kp为所述有效信号组中对应的信号时域的模的最大值，tp为最大值kp对应的时间。
获取到有效信号组后，利用每个信号组中的模的最大值以及最大值对应的时间建立每个有效信号组对应的正态分布模型，获取到：其中，kp为每个信号组中的模的最大值，tp为kp对应的时间。
例如上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时建立的正态分布模型，图6、图7分别示出了根据正态分布模型获得的正态概率分布密度图以及随机分布图
步骤S143：根据所述正态分布模型生成每个有效信号组对应的0-1随机向量。
在建立每个有效信号组对应的正态分布模型后，可以根据正态分布模型生成每个有效信号组对应的0-1随机向量。
例如上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时，如图8所示为根据4个信号组对应的正态分布模型生成的每个信号组对应的0-1随机向量，。
步骤S144：分别获取所述多段归一化信号以及所述过完备字典中所述0-1随机向量中元素1对应的时间对应的应力应变信号和有效信息，作为第一信号以及第一过完备字典。
在获取到每个有效信号组对应的0-1随机向量后，可以利用0-1向量对多段归一化信号以及过完备字典进行处理，以实现待测试结构为较复杂结构时，缩短参与稀疏表示的信号的长度，从而提高计算速度，并且避免时域信号后面的纯噪声部分参与稀疏表示的计算，提高定位精度。
具体的，利用0-1随机向量中元素“1”对应的时间提取每段归一化信号中的对应时间的信号，获取到第一信号；利用0-1随机向量中元素“1”对应的时间处过完备字典中每段应力应变信号中对应该时间的信号，获取到第一过完备字典。第一信号中包括多段利用0-1向量处理后的归一化信号，过完备字典中包括多段利用0-1向量进行处理后的预设冲击点对应的应力应变信号。
步骤S145：获取第一信号中以及第一过完备字典中与所述有效传感器对应的信号，分别作为待表示的信号以及冗余定位数据库。
在获取的第一信号以及第一过完备字典中，包括了所有光纤布拉格光栅传感器对应的信号，为使定位精确，需要排除第一信号以及第一过完备字典中与除有效传感器之外的光纤布拉格光栅传感器对应的信号。因此，可以获取第一信号中以及第一过完备字典中与有效传感器对应的信号，分别作为待表示的信号以及冗余定位数据库。
步骤S146：利用稀疏表示算法求解所述待表示的信号在所述冗余定位数据库中的表示，获取到冗余定位数据库中预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数。
在获取到待表示的信号以及冗余定位数据库后，可以利用稀疏表示算法用于求解待表示的信号在冗余定位数据库中的表示。具体的稀疏表示算法可以为正交匹配追踪算法，当然具体算法并不作为限定，也可以为其他稀疏表示算法，例如，BP稀疏算法等。在进行稀疏表示之后，可以获取到冗余定位数据库中预设个数的预设冲击点以及每个预设冲击点对应的稀疏表示系数。
例如上述的碳纤维铝蜂窝夹芯板作为待测试结构时，进行稀疏表示后，可以获取到4个预设冲击点位置以及每个预设冲击点的稀疏表示系数。
步骤S150：根据所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。
在获取到过完备字典中预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数之后，为得到最终的冲击定位结果，并且冲击定位结果仅为一个位置，因此可以利用获取到的预设个数的预设冲击点的位置以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对预设个数的预设冲击点的位置进行加权平均，加权平均后的结果即为最终的冲击定位结果。其中，进行加权平均的计算公式可以为：其中n为预设冲击点的预设个数，p(xn,yn)预设冲击点的位置，kn为预设冲击点对应的稀疏表示系数，p(x,y)为最终定位结果，即冲击点的位置。
第二实施例
本发明第二实施例提供了一种冲击定位装置200，请参见图9，该冲击定位装置200包括第一信号获取模块210、信号幅值判断模块220、信号处理模块230、稀疏表示模块240以及冲击定位模块250。其中，所述第一信号获取模块210用于获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号；所述信号幅值判断模块220用于判断所述多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；所述信号处理模块230用于若存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号；所述稀疏表示模块240用于利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，获取到过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，所述过完备字典中包括所述待测试结构中的所有预设冲击点以及每个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号；所述冲击定位模块250用于根据所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对所述过完备字典中的多个预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。
在本发明实施例中，该冲击定位装置200还包括冲击控制模块、第二信号获取模块以及过完备字典获得模块。其中，所述冲击控制模块用于控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行预设次数的典型冲击；所述第二信号获取模块用于获取待测试结构上的多个光纤布拉格光栅传感器采集的所述典型冲击对应的应力应变信号；所述过完备字典获得模块用于对所述应力应变信号进行预处理，获得过完备字典，所述过完备字典包括多个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号。
在本发明实施例中，请参见图10，稀疏表示模块240包括有效信号组确定单元241、正态分布建立单元242、随机向量生成单元243、第一处理单元244、第二处理单元245以及稀疏求解单元246，其中，所述有效信号组确定单元241用于根据所述多段归一化信号，获取所述处理后的应力应变信号中信号幅值绝对值最大的预设个数的光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号作为有效信号组，所述预设个数的光纤布拉格光栅传感器为有效传感器；所述正态分布建立单元用242于根据所述有效信号组，建立每个有效信号组对应的正态分布模型：kp为所述有效信号组中对应的信号时域的模的最大值，tp为最大值kp对应的时间；所述随机向量生成单元243用于根据所述正态分布模型生成每个有效信号组对应的0-1随机向量；所述第一处理单元244用于分别获取所述多段归一化信号以及所述过完备字典中所述0-1随机向量中元素1对应的时间对应的应力应变信号和有效信息，作为第一信号以及第一过完备字典；所述第二处理单元245用于获取第一信号中以及第一过完备字典中与所述有效传感器对应的信号，分别作为待表示的信号以及冗余定位数据库；所述稀疏求解单元246用于利用稀疏表示算法求解所述待表示的信号在所述冗余定位数据库中的表示，获取到过完备子字典中预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数。
在本发明实施例中，该冲击定位装置200还包括网格划分模块。网格划分模块用于对所述待测试结构进行网格划分，获取到多个网格交点确定为预设冲击点。
在本发明实施例中，过完备字典获得模块包括裁剪处理单元以及归一化处理单元。其中，裁剪处理单元用于对所述应力应变信号进行裁剪处理，获取到所述应力应变信号的最大的幅值绝对值对应的时间的预设时间范围内的应力应变信号；归一化处理单元用于对所述预设时间范围内的应力应变信号进行归一化处理，获取到过完备字典。
综上所述，本发明实施例提供的冲击定位方法及装置，该方法通过获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，判断多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；当存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值时，对多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获取到多段归一化信号；再利用过完备字典对多段归一化信号进行稀疏表示，在进行稀疏表示时，建立有效信号组对应的0-1向量对多段归一化信号以及过完备字典进行处理后再进行稀疏表示，从而获取到预设个数的预设冲击点以及对应的稀疏表示系数，最后对预设个数的预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。该方法可以通过低频的时域信号进行冲击定位，对时域性能要求较低，可以较好地利用光线光栅传感器进行冲击定位。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二、另一等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种冲击定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号；
判断所述多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；
若存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号；
利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，获取到过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，所述过完备字典中包括所述待测试结构中的所有预设冲击点以及每个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号；
根据获取到的所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果；
其中，所述利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，包括：
根据所述多段归一化信号，获取所述处理后的应力应变信号中信号幅值绝对值最大的预设个数的光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号作为有效信号组，所述预设个数的光纤布拉格光栅传感器为有效传感器；
根据所述有效信号组，建立每个有效信号组对应的正态分布模型：kp为所述有效信号组中对应的信号时域的模的最大值，tp为最大值kp对应的时间；
根据所述正态分布模型生成每个有效信号组对应的0-1随机向量；
分别获取所述多段归一化信号以及所述过完备字典中所述0-1随机向量中元素1对应的时间对应的应力应变信号和有效信息，作为第一信号以及第一过完备字典；
获取第一信号中以及第一过完备字典中与所述有效传感器对应的信号，分别作为待表示的信号以及冗余定位数据库；
利用稀疏表示算法求解所述待表示的信号在所述冗余定位数据库中的表示，获取到冗余定位数据库中预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行预设次数的典型冲击；
获取待测试结构上的多个光纤布拉格光栅传感器采集的所述典型冲击对应的应力应变信号；
对所述应力应变信号进行预处理，获得过完备字典，所述过完备字典包括多个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行典型冲击之前，还包括：
对所述待测试结构进行网格划分，获取到多个网格交点确定为预设冲击点。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述应力应变信号进行预处理，包括：
对所述应力应变信号进行裁剪处理，获取到所述应力应变信号的最大的幅值绝对值对应的时间的预设时间范围内的应力应变信号；
对所述预设时间范围内的应力应变信号进行归一化处理，获取到过完备字典。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述预设时间范围内的应力应变信号进行归一化处理，包括：
对每次典型冲击对应的各个光纤布拉格光栅传感器对应的预设时间范围内的应力应变信号根据S(t)＝ε(t)/max||ε(t)||进行归一化处理，其中，S(t)为归一化信号，ε(t)为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，max||ε(t)||为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号绝对值的最大值，t表示时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理包括：
对所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的预设时间范围内的信号根据S(t)＝ε(t)/max||ε(t)||进行归一化处理，获取到归一化处理后的归一化信号，其中，S(t)为归一化信号，ε(t)为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号，max||ε(t)||为光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号绝对值的最大值，t表示时间。
7.一种冲击定位装置，其特征在于，所述装置包括第一信号获取模块、信号幅值判断模块、信号处理模块、稀疏表示模块以及冲击定位模块，其中，
所述第一信号获取模块用于获取待测试结构上多个光纤布拉格光栅传感器采集的应力应变信号；
所述信号幅值判断模块用于判断所述多个光纤布拉格光栅传感器中是否存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值；
所述信号处理模块用于若存在任意一个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号的幅值绝对值超过预设幅值绝对值，则对所述多个光纤布拉格光栅传感器的应力应变信号在对应时间的预设时间范围内的信号进行归一化处理，获得所述多个光纤布拉格光栅传感器对应的多段归一化信号；
所述稀疏表示模块用于利用过完备字典对所述多段归一化信号进行稀疏表示，所述稀疏表示模块包括有效信号组确定单元、正态分布建立单元、随机向量生成单元、第一处理单元、第二处理单元以及稀疏求解单元，其中，
所述有效信号组确定单元用于根据所述多段归一化信号，获取所述处理后的应力应变信号中信号幅值绝对值最大的预设个数的光纤布拉格光栅传感器对应的归一化信号作为有效信号组，所述预设个数的光纤布拉格光栅传感器为有效传感器；
所述正态分布建立单元用于根据所述有效信号组，建立每个有效信号组对应的正态分布模型：kp为所述有效信号组中对应的信号时域的模的最大值，tp为最大值kp对应的时间；
所述随机向量生成单元用于根据所述正态分布模型生成每个有效信号组对应的0-1随机向量；
所述第一处理单元用于分别获取所述多段归一化信号以及所述过完备字典中所述0-1随机向量中元素1对应的时间对应的应力应变信号和有效信息，作为第一信号以及第一过完备字典；
所述第二处理单元用于获取第一信号中以及第一过完备字典中与所述有效传感器对应的信号，分别作为待表示的信号以及冗余定位数据库；
所述稀疏求解单元用于利用稀疏表示算法求解所述待表示的信号在所述冗余定位数据库中的表示，获取到过完备子字典中预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，获取到过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，所述过完备字典中包括所述待测试结构中的所有预设冲击点以及每个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号；
所述冲击定位模块用于根据所述过完备字典中的预设个数的预设冲击点以及其中每个预设冲击点对应的稀疏表示系数，对所述过完备字典中的多个预设冲击点的位置进行加权平均，获取到待测试结构的冲击定位结果。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冲击控制模块、第二信号获取模块以及过完备字典获得模块，其中，
所述冲击控制模块用于控制冲击摆对待测试结构上预设冲击点进行预设次数的典型冲击；
所述第二信号获取模块用于获取待测试结构上的多个光纤布拉格光栅传感器采集的所述典型冲击对应的应力应变信号；
所述过完备字典获得模块用于对所述应力应变信号进行预处理，获得过完备字典，所述过完备字典包括多个预设冲击点与多个光纤布拉格光栅传感器对应的应力应变信号。
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