基于小波包变换的梁体损伤识别

由于小波包变换在分析非平稳信号方面较傅立叶变换更为有效，提出了基于小波包变换的能量变化率指标进行损伤识别的方法。首先，将得到的结构响应信号进行小波包分解，然后通过小波包能量变化率指标来进行损伤定位。通过3种不同损伤工况的梁体室内试验证明．损伤指标可以准确地识别损伤位置。     

基于小波包能量的桥梁损伤识别指标

为达到桥梁结构损伤识别的目的,基于小波包分析方法提出了小波包能量变化率平方和(the sum square of wavelet packet energy change rate,简称WPERSS)损伤指标。分别将健康与损伤结构的加速度响应信号进行小波包分解得到小波包能量,通过计算小波包能量变化率平方和损伤指标进行损伤识别。对简支梁模型进行数值模拟,分析单一损伤与两处损伤时不同损伤程度的损伤识别情况,分析不同噪声水平对识别效果的影响。结果表明,该指标可有效识别损伤位置且对噪声具有鲁棒性。对装配式双塔斜拉桥模型进行试验,联合多个测点响应的损伤指标可以判别结构的不同损伤状态,验证了小波包能量变化率平方和指标的有效性。     

基于小波包变换的支持向量机损伤诊断方法

针对结构损伤识别中缺少实际损伤样本的问题,提出基于小波包特征提取的支持向量机结构损伤诊断方法.该方法将结构振动信号小波包分解后的频带能量,经过多传感器数据融合后作为特征向量,输入到多分类的支持向量机中,实现了结构多损伤的识别和定位.应用该方法对IASC-ASCE模型进行了分析,试验结果表明,小波包分解频带能量能够较好地反映结构的损伤特征.多传感器数据融合能够使不同传感器的信息相互补充,减小了损伤检测信息的不确定性,提高了损伤诊断准确率.     

基于SPC与小波变换的光纤光栅型损伤识别

为了研究光纤光栅传感技术在振动型损伤识别技术中的优势,建立了基于非平衡M-Z干涉仪和PGC相位解调技术的光纤光栅结构损伤识别系统;构建了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标;介绍了统计过程控制原理,推导了均值-极差控制图进行结构连续损伤识别的过程;测试了结构处于健康状态和6种损伤状态下的振动信号并分析了损伤识别.试验结果表明,构建的损伤识别系统能判断损伤的存在,并且能对损伤的位置和损伤程度进行有效识别.     

压电柔性梁裂缝损伤识别实验

针对压电柔性悬臂梁裂缝损伤检测与损伤程度识别问题,采用小波包分析和小波神经网络相结合的方法进行裂缝深度识别实验研究.利用小波包频带能量谱构造柔性悬臂梁裂缝损伤指标,即能量比相对变化量的H2范数,并建立压电柔性梁裂缝损伤实验装置.激励柔性梁的振动,记录两路压电传感器采集的振动信号,进行小波包分解并计算损伤指标.将这些损伤指标进行组合,作为小波神经网络的输入特征参数,进行裂缝深度即损伤程度的识别.实验结果表明:能量比相对变化量的H2范数对柔性梁的裂缝损伤敏感,对测试噪声不敏感;采用的小波神经网络可以精确识别柔性梁的裂缝深度.     

运用统计小波的光纤光栅结构健康监测技术

针对振动型结构健康监测方法的特点,搭建了基于非平衡M-Z干涉仪和相位载波解调技术的光纤光栅损伤识别系统。运用小波包分解振动信号,建立了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标;介绍了统计过程控制原理,推导了使用均值-极差控制图分析损伤识别指标,识别结构连续损伤的过程。实验测试了铝制简支梁结构处于健康状态和3种损伤状态下的各40次振动信号。信号时域图显示各状态振动信号持续时间均约为0.05ms,幅值基本相同。依据结构健康状态下的统计过程控制限(12.85,41.35)进行了均值-极差控制图损伤识别分析,结果表明,搭建的损伤识别系统能连续地对结构进行健康监测。     

声发射和小波包分析在损伤状态监测中的应用

为应用声发射技术对结构的损伤状态进行监测与识别,基于小波包分析提出了一种在线损伤监测方法。采用D-S证据理论对声发射信号的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,计算Mahalanobis距离构建结构损伤状态判别指标,采用t检验的概率方法考察不同损伤状态下判别指标的变化情况。旋转轴承结构的声发射信号分析结果表明,D-S证据理论能够对声发射信号的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,结构损伤状态判别指标具有良好的结构损伤识别能力,能够准确地实现对结构不同损伤状态的识别。     

基于小波分析的简支梁桥损伤识别

提出了基于小波子带信号能量曲率变化的损伤识别方法。分别对完好和损伤状态下结构的振动响应进行二进离散小波变换,通过信号子带分解与重构将响应分解到不同频带,使叠加的模态响应分离。定义了信号相对能量曲率差损伤指标,利用该指标对结构的损伤进行识别定位。应用此方法对一简支梁桥进行损伤数值分析,结果表明:二进离散小波变换可以对结构振动响应中叠加的多阶模态信息进行有效分离;信号相对能量曲率差指标可以对损伤进行有效识别,且不受激励位置及荷载大小影响。最后通过模型实验验证了该方法的正确性及可行性。     

基于提升小波包和神经网络的结构损伤检测

提出一种提升小波包分解、多传感器特征融合和神经网络模式分类相结合的结构损伤诊断方法.首先,对多个传感器采集的振动响应信号进行提升格式小波包分解,定义标准化相对能量并计算每个频带上的相对能量;然后,把这些传感器信号的小波包相对能量融合作为神经网络分类器的输入特征向量,实现损伤的诊断和评价.数值仿真结果表明,提升小波包分解的频带能量分布能够较好地反映结构的损伤特征;特征融合能够使不同传感器的信息相互补充,减小了损伤检测信息的不确定性,使诊断信息具有较高的精度和可靠性.     

基于小波包样本熵的连续梁桥损伤识别

为了减少现行桥梁检测中所需布置传感器数量,将小波包分解和样本熵有机结合起来,对利用单点动力响应数据检测识别连续梁桥结构损伤的新方法进行了研究,笔者提出了连续梁桥结构的损伤识别指标和方法。利用小波包变换对移动荷载作用下桥梁的加速度响应进行分解和重构,计算重构信号的样本熵值,建立了对数加速度能量差小波包样本熵损伤识别指标;并通过三跨变截面连续梁桥的动力仿真分析,验证了指标和方法的适用性与噪声鲁棒性。研究结果表明,笔者所提出指标和方法仅利用桥上一个测点的加速度响应就能够很好地识别连续梁桥的损伤位置和损伤程度,且对噪声不敏感。     

基于光纤感测技术的城市轨道交通钢轨状态实时监测方法

为了有效监测城市轨道交通钢轨实时状态,确保列车运行过程中轨道信号采集能力和交通运行安全,提出了基于光纤感测技术的城市轨道交通钢轨状态实时监测方法。通过光纤光栅传感器,对钢轨各个状态信号进行了连续采集,采用光栅解调仪全光谱扫描后,传送至监控模块接收状态信号。利用小波变换,对钢轨高频、低频时间和频率进行了细化处理。通过小波包分解转换后的信号,结合小波包能量谱,分析了该频带上的高频和低频信号。依据频带信号总能量的变化情况监测钢轨,并将监测后的数据存储至数据库,实现了城市轨道交通钢轨状态实时监测。测试结果表明,该方法的光学损耗低于 0.8% ,迟滞误差均低于 0.8% ,能够采集列车运行过程中的轨道的高频段和低频信号,有效分析异常能量变化位置。     

光纤光栅传感网络的冲击定位方法

针对航空航天层合板结构冲击与振动监测的需求,提出一种基于小波包分解方法和分布式光纤光栅传感网络的板状结构低速冲击辨识方法。根据四边固支板结构的承载形式与光纤光栅传感器的感知特性,设计合理的传感器网络布局,再利用快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,简称FFT)与小波包分解对光纤光栅传感网络监测到的冲击响应信号进行时频域分析,获取能表征冲击特性的时域特征分解信号。在此基础上,分别计算出每一个特征分解信号与其对应的时域原始信号之间的互相关系数,并将其做为相似度分配权值,分解出所有样本冲击点对应冲击响应信号的特征分解信号,构建样本信息库。利用Haudorff距离计算测试信号与样本信息库各个信号之间的相似度,并根据相似度来确定冲击点的位置坐标。研究表明,该方法能够实现对航空航天层合板结构低速冲击位置的辨识。     

基于小波包特征提取及支持向量回归机的光纤布拉格光栅冲击定位系统

以光纤布拉格光栅(FBG)为传感网络,构建了复合材料冲击载荷实时在线监测系统,研究了基于小波包特征提取及支持向量回归机的光纤-碳纤维复合材料结构冲击定位方法.针对同一冲击点,分析不同传感信号,获得了冲击响应信号小波包能量谱,分析结果表明小波包能量谱中特定阶数对冲击敏感.改变冲击点位置研究小波包能量谱与冲击位置之间的关系,提出将第6阶小波包能量值作为冲击定位的特征向量.采用支持向量回归机建立样本数据的回归模型,预测冲击载荷位置,并对支持向量机的相关调整参数进行了优化.实验表明,支持向量机的网络测试误差为4.81％.研究结果可为碳纤维复合材料(CFRP)层状结构的冲击性能评估提供可行的实验方法.     

基于随机森林的建筑结构损伤识别方法

针对利用分类器对建筑结构进行损伤识别的问题,引入一种新的组合分类器算法——随机森林,提出基于小波包分解和随机森林的结构损伤识别方法。首先,采用小波包对结构在不同损伤程度和位置上的振动加速度信号进行分解,得到各个频带上的总能量;然后,利用各频带上能量值存在着差异性作为输入到分类器的特征向量;最后,训练随机森林模型并对建筑结构的损伤位置和损伤程度进行识别。应用该方法对一座8层剪切型钢框架结构进行损伤判别,并与BP神经网络和支持向量机方法进行对比,结果表明该方法具有较好的识别精度与稳定性。     

光纤光栅传感智能结构的技术难点及研究

光纤光栅作为传感领域的一种新型元器件,已经在各领域得到了广泛的应用。随着对光纤光栅传感的深入研究,如何解决应用中的关键技术问题已成为国内外研究的重点。介绍了光纤光栅传感智能结构的发展背景及优点,提出了光纤光栅传感器在实际应用中所面临的主要技术难题,分析现有的解决方案,指出了这些方案中存在的不足和有待解决的问题,最后讨论了光纤光栅传感技术的发展前景。     

NOVEL FIBER GRATING SENSOR DEMODULATION TECHNIQUE BASED ON OPTICAL WAVELET FILTERING

The optical wavelet filter is designed. It can filter and choose frequency swiftly. It can realize demodulation of distributed fiber Bragg grating(FBG) measurement system. Its scanning resolution and scanning period depend on wavelet function. Wavelet function is controlled by computer. Compared to conventional scan filter, optical wavelet filtering has some advantages such as simple structure, high scan frequency, high resolution and good linearity. At last, the error of optical wavelet filter scanning procedure is analyzed. Scanning step length refers to the shifting of optical wavelet window's central frequency. It affects system precision directly. If scanning step length is different, the measured signal is different. The methods of reducing step length guarantee scanning periodic time are presented.     

Quantitative diagnosis of fault severity trend of rolling element bearings

The condition monitoring and fault diagnosis of rolling element bearings are particularly crucial in rotating mechanical applications in industry. A bearing fault signal contains information not only about fault condition and fault type but also the severity of the fault. This means fault severity quantitative analysis is one of most active and valid ways to realize proper maintenance decision. Aiming at the deficiency of the research in bearing single point pitting fault quantitative diagnosis, a new back-propagation neural network method based on wavelet packet decomposition coefficient entropy is proposed. The three levels of wavelet packet coefficient entropy(WPCE) is introduced as a characteristic input vector to the BPNN. Compared with the wavelet packet decomposition energy ratio input vector, WPCE shows more sensitive in distinguishing from the different fault severity degree of the measured signal. The engineering application results show that the quantitative trend fault diagnosis is realized in the different fault degree of the single point bearing pitting fault. The breakthrough attempt from quantitative to qualitative on the pattern recognition of rolling element bearings fault diagnosis is realized.     

小波包能量谱在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了基于小波包能量谱的滚动轴承故障诊断方法。首先,以6406轴承为例采集不同工况的振动信号,然后对试验数据进行小波包变换,振动信号被分解到独立的频段,不同频带内的信号能量变化反映了运行状态的改变,提取各频带小波包能量谱为特征向量,最后应用基于模糊聚类的故障诊断方法。经对大量实测数据的处理和分析,能够比较准确地诊断出轴承的故障。