【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料结构冲击定位，尤其涉及基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位方法。
技术介绍
1、复合材料以其质量轻、强度高、耐腐蚀等优点在航空航天、汽车工业、桥梁建筑等结构获中得广泛应用。但其对冲击载荷敏感性高，在制造，运输、服役和回收过程中极易受到冲击载荷的影响。在传统维护程序中，这些微小损伤难以检测，威胁结构安全性甚至最终导致灾难性后果。为了评估损伤、预防事故发生并提高复合材料损伤检测效率，开发具有冲击定位能力的复合材料结构健康监测技术具有重要意义。
2、目前，研究基于冲击引起lamb波在结构表面传播的冲击载荷定位方法中，通常采用排布为三角形、四边形、直线、环形传感器阵列的信号到达时间、到达角度冲击定位方法，取得了较好的冲击位置识别结果，但不同材料、形状结构上各方向lamb波传播速度不一样，定位精度依赖于信号到达时间的判定算法，且对传感器响应信号采样速率要求极高。另外，基于信号相似度比较的冲击位置识别方法对冲击响应信号噪声敏感，抗干扰能量较弱。
3、针对复合材料结构上冲击监测定位的要求，和复合材料结构冲击响应信号的时频域特点，研究无需大量先验知识，能够适用于采样频率较低的数据采集模块，具有一定抗噪能力的新方法。为此，本专利技术提出了一种基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位方法，该方法包括以下步骤：
3、步骤1：采用efpi传感器监测复合材料结构上冲击响应信号，并搭建基于efpi光纤传感器复合材料冲击监测系统，采集冲击点响应信号；
4、步骤2：计算步骤1中采集的冲击点响应信号的小波包tsallis熵谱；
5、步骤3：采用lle方法对步骤2中的冲击点响应信号的小波包tsallis熵谱进行特征降维，实现冲击点响应信号特征提取；
6、步骤4：利用ga-cnn-bilstm-attention神经网络模型对复合材料结构上冲击载荷位置进行辨识。
7、优选的，步骤1中冲击监测系统包括：宽带光源、1×4耦合器、第一光环形器、第二光环形器、第三光环形器、第四光环形器、第一efpi传感器、第二efpi传感器、第三efpi传感器、第四efpi传感器、第五光环形器、第六光环形器、第七光环形器、第八光环形器、第一fbg传感器、第二fbg传感器、第三fbg传感器、第四fbg传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、数据采集模块、复合材料结构件；
8、宽带光源输出的光经过1×4耦合器分成四路光，第一路光经过第一光环形器到达第一efpi传感器，经过第一efpi传感器反射回来的光再经过第五光环形器到达第一fbg传感器，第一fbg传感器的反射光通过第一光电探测器接收；
9、第二路光经过第二光环形器到达第二efpi传感器，经过第二efpi传感器反射回来的光再经过第六光环形器到达第二fbg传感器，第二fbg传感器的反射光通过第二光电探测器接收；
10、第三路光经过第三光环形器到达第三efpi传感器，经过第三efpi传感器反射回来的光再经过第七光环形器到达第三fbg传感器，第三fbg传感器的反射光通过第三光电探测器接收；
11、第四路光经过第四光环形器到达第四efpi传感器，经过第四efpi传感器反射回来的光再经过第八光环形器到达第四fbg传感器，第四fbg传感器的反射光通过第四光电探测器接收；随后使用数据采集模块采集第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器的输出的冲击响应信号。
12、优选的，步骤1中冲击监测系统的传感器排布与冲击点响应信号获取具体步骤为：
13、步骤1-1：将复合材料结构件固定在工作台上，在其表面构建一个正方形冲击监测区域，并对其进行均匀网格划分，获得n个网格节点；
14、步骤1-2：选取正方形区域左下角顶点为坐标原点(0mm，0mm)，水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向，建立直角坐标系；
15、步骤1-3：使用环氧树脂胶粘剂，将第一efpi传感器、第二efpi传感器、第三efpi传感器、第四efpi传感器粘贴于复合材料结构件表面正方形监测区域的四个顶点位置，通过光纤跳线连接efpi传感光路搭建冲击监测系统；
16、步骤1-4：采用固定能量大小的冲击锤对复合材料构件表面冲击监测区域内每个网格节点施加n次同一能量大小的冲击载荷，记录每次冲击载荷下各efpi传感器原始响应信号。
17、优选的，步骤2中冲击点响应信号的小波包tsallis熵谱具体计算方法为：
18、步骤2-1：去除所采集原始冲击响应信号的直流成分，获得去除基线后冲击响应信号时间序列；
19、步骤2-2：选取合适的小波基函数对去除直流成分后的冲击响应信号进行m层小波包分解，得到2m个节点的分解系数，然后对小波包分解系数进行重构，可得m层小波包分解下第i个结点的重构信号序列xm,i＝{xm,i(k),k＝1,2,...,m}，其中该重构信号序列长度为m；
20、步骤2-3：该节点重构信号的小波包tsallis熵计算公式如下：
21、
22、其中q为非广延参数；
23、步骤2-4：计算冲击载荷后各efpi传感器去基线冲击响应信号m层小波包分解下各节点的小波包tsallis熵，并合并为小波包tsallis熵谱特征列向量：
24、tsae＝{tsa1；tsa2；tsa3；tsa4}
25、其中列向量分别代表该冲击载荷后第一efpi传感器、第二efpi传感器、第三efpi传感器、第四efpi传感器去基线冲击响应信号m层小波包分解下所有节点的小波包tsallis熵。
26、优选的，步骤3中特征降维的具体步骤如下：
27、步骤3-1：对采集到的所有n×n个样本冲击点和h个未知待定位冲击点响应信号的小波包tsallis熵谱进行汇总，得到一个含有4×2m＝2m+2行n×n+h列的小波包tsallis熵特征矩阵t：
28、t＝[tsae1，1,tsae1，2,...,tsae1，n,tsae2，1,tsae2，2,...,tsae2，n,...,tsaen，1,tsaen，2,...,tsaen，n,tsae0，1,tsae0，2,...,tsae0，h]
29、＝[t1,t2,...,ti,...,tn×n+h]
30、其中tsaea,b表示对第a个网格节点施加第b次样本冲击载荷的小波包tsallis熵谱特征列向量，tsae0,s表示第s个待定位未知冲击载荷的小波包tsallis熵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤1中冲击监测系统包括：宽带光源(1)、1×4耦合器(2)、第一光环形器(3)、第二光环形器(4)、第三光环形器(5)、第四光环形器(6)、第一EFPI传感器(7)、第二EFPI传感器(8)、第三EFPI传感器(9)、第四EFPI传感器(10)、第五光环形器(11)、第六光环形器(12)、第七光环形器(13)、第八光环形器(14)、第一FBG传感器(15)、第二FBG传感器(16)、第三FBG传感器(17)、第四FBG传感器(18)、第一光电探测器(19)、第二光电探测器(20)、第三光电探测器(21)、第四光电探测器(22)、数据采集模块(23)、复合材料结构件(24)；
3.根据权利要求2所述的一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤1中冲击监测系统的传感器排布与冲击点响应信号获取具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤3中特征降维的具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤4中利用GA-CNN-BiLSTM-Attention神经网络模型对复合材料结构上冲击载荷位置进行辨识的具体步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤4-2中遗传算法优化CNN-BiLSTM-Attention神经网络模型具体过程步骤如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于小波包Tsallis熵和LLE的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤4-3中GA-CNN-BiLSTM-Attention神经网络模型对复合材料结构上冲击载荷进行定位的具体过程步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤1中冲击监测系统包括：宽带光源(1)、1×4耦合器(2)、第一光环形器(3)、第二光环形器(4)、第三光环形器(5)、第四光环形器(6)、第一efpi传感器(7)、第二efpi传感器(8)、第三efpi传感器(9)、第四efpi传感器(10)、第五光环形器(11)、第六光环形器(12)、第七光环形器(13)、第八光环形器(14)、第一fbg传感器(15)、第二fbg传感器(16)、第三fbg传感器(17)、第四fbg传感器(18)、第一光电探测器(19)、第二光电探测器(20)、第三光电探测器(21)、第四光电探测器(22)、数据采集模块(23)、复合材料结构件(24)；
3.根据权利要求2所述的一种基于小波包tsallis熵和lle的复合材料结构冲击定位方法，其特征在于：步骤1中冲击监测系统的传感器排布与冲击点响应信号获取具体步骤为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：喻俊松，干灵辉，万生鹏，彭子鹏，黄叶萍，刘君，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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