| 专利名称： |
基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法 |
| 摘要： |
本发明公开一种基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，包括：A、搭建光纤光栅监测平台，在待监测结构表面布贴光纤光栅传感器，并记录监测结构在无损伤状态下的光纤光栅反射光谱S0；B、得到平滑后的反射光谱S′0，截取所述光纤光栅反射光谱S0的[ll，lr]部分作为模板信号X1；C、得到平滑后的反射光谱S′1，截取S1的[l′l，l′r]部分作为实时信号X2；D、计算模板信号X1的每个元素与实时信号X2中每个元素的距离矩阵C；E、根据所述距离矩阵C规整路径P，计算最小的累计代价矩阵D，得到差异度ξ；F、将差异度ξ作为特征，采用支持向量回归算法对裂纹长度进行定量计算。本发明可以提高裂纹损伤定量监测的实用性和准确性。 |
| 专利类型： |
发明专利 |
| 申请人： |
北京航空航天大学 |
| 发明人： |
张卫方;蓝煜东;张萌;赵炎;谢宇宽 |
| 专利状态： |
有效 |
| 申请日期： |
1900-01-20T13:00:00+0805 |
| 发布日期： |
1900-01-20T00:00:00+0805 |
| 申请号： |
CN202010034953.5 |
| 公开号： |
CN111208142A |
| 代理机构： |
北京众泽信达知识产权代理事务所(普通合伙) |
| 代理人： |
王晓红 |
| 分类号： |
G01N21/88;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/88 |
| 申请人地址： |
100191 北京市海淀区学院路37号 |
| 主权项： |
1.一种基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，包括如下步骤： A、搭建光纤光栅监测平台，在待监测结构表面布贴光纤光栅传感器，并记录监测结构在无损伤状态下的光纤光栅反射光谱S0； B、对所述光纤光栅反射光谱S0进行高斯平滑，得到平滑后的反射光谱S′0，并记录S′0反射率大于预设值的波长区间[ll，lr]，截取所述光纤光栅反射光谱S0的[ll，lr]部分作为模板信号X1； C、对实时采集的光纤光栅反射光谱S1进行高斯平滑处理，得到平滑后的反射光谱S′1，记录S′1反射率大于所述预设值的波长区间[l′l，l′r]，截取S1的[l′l，l′r]部分作为实时信号X2； D、计算模板信号X1的每个元素与实时信号X2中每个元素的距离矩阵C； E、根据所述距离矩阵C规整路径P，计算最小的累计代价矩阵D，得到差异度ξ； F、将差异度ξ作为特征，采用支持向量回归算法对裂纹长度进行定量计算。 2.根据权利要求1所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，步骤A所述监测结构在无损伤状态下的光纤光栅反射光谱S0为： S0＝<(r1，l1)，(r2，l2)，...，(rn，ln)> (1) 其中，表示在反射光谱序列S0中第i个序列点，ri表示在宽带光源反射光中波长为li的光被光纤光栅传感器反射的反射率。 3.根据权利要求2所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，当反射光谱序列的波长间隔Δl为固定值时，所述光纤光栅反射光谱S0为： S0＝。 4.根据权利要求1所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，步骤B所述平滑后的反射光谱S′0为： 其中：S[n]即为原信号S0进行高斯平滑后的反射光谱S′0，g为高斯型的卷积核。 5.根据权利要求4所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，还包括： 为使信号两端的数据更加平滑，往信号头部填充和卷积核信号个数相等的信号头部数据，往信号尾部填充和卷积核信号个数相等的信号尾部数据，此时信号长度为“2*卷积核信号长度+原信号长度”；将填充后的信号与高斯卷积核进行卷积操作，得到长度为“2*卷积核信号长度+原信号长度”的平滑信号，截取中间部分的平滑信号作为最终的平滑信号。 6.根据权利要求1所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，步骤D所述计算模板信号X1每个元素与实时信号X2中每个元素的距离矩阵C，具体为： 设模板信号X1信号长度为N，实时信号X2信号长度为M，可得距离矩阵C∈RN×M并且用式(6)表示： C(n，m)＝dist(X1，n，X2，m) (6) 其中，n∈[1，N]且m∈[1，M]，C(n，m)代表矩阵C的第n行m列的元素，dist(X1，n，X2，m)代表长度为N的模板信号X1与长度为M的实时信号X2之间的距离。 7.根据权利要求6所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，还包括采用p范数计算dist()距离的步骤： 对于x＝[x1，x2，…，xn]T的p范数，用式(7)表示： 8.根据权利要求7所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，当原反射光谱信号为一个一维信号，则选用p为1的范数进行距离的计算，即： dist(X1，n，X2，m)＝|X1，n-X2，m| (8)。 9.根据权利要求1所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，步骤E所述根据所述距离矩阵C规整路径P，计算最小的累计代价矩阵D，得到差异度ξ的过程包括： E1、计算规整路径P的步骤；所述规整路径P定义，用式(9)表示： P＝p1，p2，...，pk，...，pK (9) 其中，max(n，m)≤K≤n+m+1；规整路径P中的第k个元素pk＝(i，j)k代表在当前规划路径中第k步为信号X1的第i个元素和信号X2的第j个元素进行匹配； E2、计算最小累计代价矩阵D的步骤；所述的累计代价为规整路径中从开头到结尾的累计的平均距离值，用式(10)表示，其中分母K是用来对不同长度规整路径的一种补偿； E3、采用动态时间规整找出其中累计代价最小的一条规整路径； 所述的累计代价矩阵为D∈RN×M，其从(0，0)点开始匹配信号X1和信号X2，每匹配一对点，累加之前所有的匹配点的距离；到达终点(n，m)后，这个累积距离就是总的距离，即D(n，m)元素代表最优规整路径P从p1＝(1，1)到pk＝(n，m)的累计代价，也就是信号X1和信号X2的差异度ξ； E4、采用递归方式对累计代价矩阵D进行计算： 其中，D(n，1)代表代价矩阵D的第一行元素，D(1，m)代表代价矩阵的第一列元素，D(n，m)代表代价矩阵D的第n行第m列元素，C(n，m)代表距离矩阵。 10.根据权利要求1所述基于动态时间规整相关性特征的裂纹损伤定量检测方法，其特征在于，步骤F所述将差异度ξ作为特征，采用支持向量回归算法对裂纹长度进行定量计算的过程为： 对于待处理的数据集Data＝{(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xm，ym)}，yi∈R，得到如式(14)所示的计算模型，使得f(x)与y尽可能接近： f(x)＝wTx+b (14) 其中：f(x)为模型输出，w为待确定的特征权重，b是待确定的模型偏置值。 |
| 所属类别： |
发明专利 |
