基于压缩感知的振源定位研究

作     者：陈德帅 

作者单位：广西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程涛

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：压缩感知 波叠加原理 无损检测 振源定位 测量矩阵 

摘      要：随着工业技术的快速发展,板件被广泛应用于各个领域,对其质量要求也越来越高。板件在使用过程中易出现裂纹、侵蚀等损伤,含损伤的板件容易对财产及人身安全造成损害,因此进行结构健康监测是必要的工作之一。对于板件上的结构损伤,在损伤产生的过程中会发生振动,即产生损伤激励。本文通过接收损伤激励产生的振动信号实现对板件的结构健康监测。在该过程中会产生大量的数据,导致振动信号采样成本的增加,耗时严重。引入压缩感知技术能够降低信号采样率,在保证信号质量的同时,降低采样、数据存储和传输的成本,从而提高了无损检测的效率。本文对基于压缩感知的振源定位展开研究,内容如下:1)压缩感知理论和波叠加理论都是本文研究的理论基础。主要探讨了压缩感知理论和信号重构算法,并通过数据实验验证了各种算法的性能。本文详细介绍了几种典型算法,并对其做重构测试计算测试次数与重构概率之间的关系。此外,还简要介绍了lamb波的传播方程,及利用波叠加原理实现振源定位的方法。2)通过仿真实验模拟损伤激励和振动信号的接收。针对振动信号稀疏采样发生的信号失真问题,对信号分别采用等间隔和双三次插值的方法进行稀疏采样,将采样获取的信号进行对比。利用采样信号构造测量矩阵,对测量矩阵作正交化处理得优化矩阵。结合相关理论知识对测量矩阵优化前后列相关系数绝对值的最大值进行比对,并分别利用不同的算法检验测量矩阵和优化矩阵的重构效果。3)通过实验仿真验证基于压缩感知的振源定位方法的可行性。利用动力学有限元软件模拟lamb波在无限大健康铝板中的传播情况,研究分析lamb波传播的实验仿真过程。根据压缩感知理论并利用MATLAB软件进行对铝板振源定位实验,并对实验结果进行分析。在铝板振源定位实验中采用不同的算法和测量矩阵进行信号重构。结合波叠加原理和压缩感知信号分离原理,对振动信号进行重构并实现振源定位。