一种基于正方体阵列的声发射源定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于正方体阵列的声发射源定位方法及系统，涉及声发射定位检测领域。声发射检测技术是一种重要的无损检测方法，通过及时发现损伤及潜在威胁从而保障结构的安全性。本发明专利技术包括正方体阵列布置声发射传感器，利用互相关函数确定声发射传感器时间差，根据试验标定确定是否调整声发射传感器的距离，接着采集声发射信号，利用互相关函数计算确定时间差，最后根据时间差和正方体边长确定声发射源位置。本发明专利技术不涉及到声发射速度，不受材料各向同性和各向异性的影响。计算时不需要迭代过程，提高了计算的速度和准确性，更加适用于三维结构的声发射源定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正方体阵列的声发射源定位方法及系统
本专利技术涉及声发射动态检测领域，具体涉及一种利用声发射时差法定位声发射源的方法及系统。
技术介绍
声发射是由材料内部局部源能量快速释放而产生瞬态弹性波的现象。利用声发射传感器监测加工过程是非常有效的，并且由于传感器引起的故障检测对加工过程非常敏感，更加可靠。声发射技术被认为是机械加工中最精确的监测方法之一，具有相对优越的信噪比和灵敏度，比传统传感器更有优势。目前，声发射定位技术在工程中扮演着越来越重要的角色，工程材料在应用过程中由于载荷的多样性和外部环境的复杂性，材料内部往往会产生诸如裂纹和空洞之类的微损伤。在外部载荷的作用下，这些微损伤会进一步扩展，导致材料或结构发生失效破坏。对产生声发射源的微缺陷位置进行监测在工程领域中有着重要的意义。工程中常常需要利用声发射技术对工程中的表面缺陷和材料损伤点进行实时监测和定位。声发射传感器接收的信号是被检测对象自身发出的，被检测对象的内部缺陷主动参与检测过程，这是声发射检测技术与其他无损检测技术的本质区别，具有其他检测方法不可替代的优越性。通过声发射信号对材料的微缺陷进行定位，通常有时差定位法、区域定位法、相关关系定位法和模式识别定位法等，其中时差定位法是应用最广泛的一种方法。时差定位法的原理是根据同一声发射源发射的声发射信号到达各个声发射传感器的时间差异以及各个声发射传感器的空间位置，通过声发射源与声发射传感器的几何关系列线性方程组来进行求解。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于正方体阵列的声发射源定位方法及系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于正方体阵列的声发射源定位方法，包括以下步骤：建立三维结构正方体阵列布置的声发射源定位传感器；接收到的声发射的声信号经声发射传感器转换为声发射的电信号；所述声发射的电信号进入信号采集与处理系统；对经过所述信号采集与处理系统的电信号进行互相关函数计算，所述互相关函数相邻波峰之间的时间差即为声发射信号得到所需时间差τ；根据所述时间差τ确定声发射源的位置。优选地，所述互相关函数计算过程具体如下：任意一个波A(t)和另一个延迟时间为τ的波B(t+τ)之间的互相关函数如下：任意一个函数A(t)和时间延迟为τ′的函数B(t)，两个函数A(t)和B(t+τ′)在有限时间间隔内的互相关函数RAB(τ)在τ＝τ′时包含一个最大值，这一互相关方法用于连续型声发射源的定位。优选地，所述正方体阵列的边长为d，利用所述时间差τ得出所述声发射源的位置P(x，y，z)，则若l＞＞d并且r＞＞d，则继续进行检测；反之，调整声发射传感器的距离，直至满足l＞＞d并且r＞＞d为止。其中远远大于是指两个数量级——100倍以上。优选地，声发射源定位方法具体如下：第一声发射传感器S1、第二声发射传感器S2、第三声发射传感器S3、第四声发射传感器S4为一组，所述第二声发射传感器S2、所述第三声发射传感器S3、所述第四声发射传感器S4与所述第一声发射传感器S1的时间差分别为Δt12、Δt13、Δt14；S1P长为l，P在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系xoy平面内的投影为Pxy1，P在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系yoz平面内的投影为Pyz；x轴与S1P的夹角为α1，y轴与S1P的夹角为α2，z轴与S1P的夹角为α3，y轴与S1Pxy1的夹角为β1，z轴与S1Pyz的夹角为β2；当l＞＞d并且r＞＞d，得出：由于Pxy1为P点在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系xoy平面内的投影，有：两式相比得：由于Pyz为P点在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系yoz平面内的投影，有：两式相比得：P点在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系的坐标设为(xp1，yp1，zp1)，则有，得：第五声发射传感器S5、第六声发射传感器S6、第七声发射传感器S7、第八声发射传感器S8为一组，所述第六声发射传感器S6、所述第七声发射传感器S7、所述第八声发射传感器S8与所述第五声发射传感器S5的时间差分别为Δt56、Δt57、Δt58；S5P长为r，P在以所述第五声发射传感器S5为坐标原点的坐标系xoy平面内的投影为Pxy5，P在以所述第五声发射传感器S5为坐标原点的坐标系yoz平面内的投影为Pyz；x轴与S5P的夹角为θ1，y轴与S5P的夹角为θ2，z轴与S5P的夹角为θ3；y轴与S5Pxy5的夹角为γ1，z轴与S5Pyz的夹角为γ2；当l＞＞d并且r＞＞d，得出：由于Pxy5为P点在以所述第五声发射传感器S5为坐标原点的坐标系xoy平面内的投影，有：两式相比得：由于Pyz为P点在以所述第五声发射传感器S5为坐标原点的坐标系yoz平面内的投影，有：rcosθ2＝rcosθ1sinγ2；rcosθ3＝rcosθ1cosγ2；两式相比得：P点在以所述第五声发射传感器S5为坐标原点的坐标系的坐标设为(xp5，yp5，zp5)，则有，得：其中，xp5＝xp1-d、yp5＝yp1-d、zp5＝zp1-d，联立得：则确定声发射源的位置。一种基于正方体阵列的声发射源定位系统，所述定位系统包括声发射传感器、信号放大器、信号采集与处理系统、显示与记录系统，所述声发射传感器与所述信号放大器通过信号线连接，所述信号放大器通过信号线连接信号采集与处理系统，所述信号采集与处理系统和显示与记录系统通过信号线连接。优选地，所述信号采集与处理系统对采集到的声发射信号进行互相关函数计算，得到各个传感器之间的时间差，最后通过记录与显示系统利用所述时间差和正方体边长对声发射源进行位置的确定。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于正方体阵列的声发射源定位方法及系统，具有以下有益效果：(1)声发射是一种动态检测方法，声发射探测到的能量来自被测物本身，提高了检测的准确性。(2)对于被测物的几何形状不敏感，适合检测其他方法受到限制的形状复杂的构件。同时适用于其他方法难于或不能接近的环境检测。(3)定位方法与声发射信号传播速度无关，避免由于材料各向异性造成的声发射信号传播速度差异的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正方体阵列的声发射源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n建立三维结构正方体阵列布置的声发射源定位传感器；/n接收到的声发射的声信号经声发射传感器转换为声发射的电信号；/n所述声发射的电信号进入信号采集与处理系统；/n对经过所述信号采集与处理系统的电信号进行互相关函数计算，所述互相关函数相邻波峰之间的时间差即为声发射信号得到所需时间差τ；/n根据所述时间差τ确定声发射源的位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于正方体阵列的声发射源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立三维结构正方体阵列布置的声发射源定位传感器；
接收到的声发射的声信号经声发射传感器转换为声发射的电信号；
所述声发射的电信号进入信号采集与处理系统；
对经过所述信号采集与处理系统的电信号进行互相关函数计算，所述互相关函数相邻波峰之间的时间差即为声发射信号得到所需时间差τ；
根据所述时间差τ确定声发射源的位置。


2.根据权利要求1所述的一种基于正方体阵列的声发射源定位方法，其特征在于，所述互相关函数计算过程具体如下：任意一个波A(t)和另一个延迟时间为τ的波B(t+τ)之间的互相关函数如下：



任意一个函数A(t)和时间延迟为τ′的函数B(t)，两个函数A(t)和B(t+τ′)在有限时间间隔内的互相关函数RAB(τ)在τ＝τ′时包含一个最大值。


3.根据权利要求1所述的一种基于正方体阵列的声发射源定位方法，其特征在于，所述正方体阵列的边长为d，利用所述时间差τ得出所述声发射源的位置P(x，y，z)，则距离若l＞＞d并且r＞＞d，则继续进行检测；反之，调整声发射传感器的距离，直至满足l＞＞d并且r＞＞d为止。


4.根据权利要求3所述的一种基于正方体阵列的声发射源定位方法，其特征在于，声发射源定位方法具体如下：
第一声发射传感器S1、第二声发射传感器S2、第三声发射传感器S3、第四声发射传感器S4为一组，所述第二声发射传感器S2、所述第三声发射传感器S3、所述第四声发射传感器S4与所述第一声发射传感器S1的时间差分别为Δt12、Δt13、Δt14；S1P长为l，P在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系xoy平面内的投影为Pxy1，P在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系yoz平面内的投影为Pyz；x轴与S1P的夹角为α1，y轴与S1P的夹角为α2，z轴与S1P的夹角为α3，y轴与S1Pxy1的夹角为β1，z轴与S1Pyz的夹角为β2；当l＞＞d并且r＞＞d，得出：









由于Pxy1为P点在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系xoy平面内的投影，有：






两式相比得：






由于Pyz为P点在以所述第一声发射传感器S1为坐标原点的坐标系yoz平面内的投影，有：






两式相比得：




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【专利技术属性】
技术研发人员：刘志兵，陈洪涛，王西彬，刘书尧，焦黎，解丽静，梁志强，颜培，周天丰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11