一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，包括以下步骤：a.通过自动铅笔在被测板材中心位置进行断铅实验，测量各个方向的波速分布情况，建立波速

【技术实现步骤摘要】
一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法


[0001]本专利技术涉及气体泄漏检测
，尤其涉及一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法。

技术介绍

[0002]复合材料是利用先进材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，虽然其发展时间较短，但相对比金属材料等传统材料，复合材料具有比强度高、质量轻、比模量高、抗疲劳性能好等诸多优点，其发展趋势十分迅速，已经应用在了航空、航天等领域。而在这些领域中，结构健康直接决定着工程任务的成败，而泄漏是众多结构健康问题中非常紧急的一项。例如，燃料储箱一类的结构一旦泄漏将有可能引发爆炸事故，航天器舱体泄漏将会造成失压。一旦发生泄漏问题，将形成安全隐患，危及操作人员的生命安全，造成严重的损失。
[0003]通常在航空航天工程结构上检测泄漏时常见的方法有红外成像法、光纤测量法等。红外成像法通过对气体泄漏造成的温度降低进行泄漏定位，光纤测量法通过分布式光纤传感器采集待测结构的物理参数以判断完整性。然而这两种方法的设备分布复杂，可靠性较低。适用性一般。而声学定位方法由于系统布置简单、稳定性好、灵敏度高、检测速度快等特点，得到了广泛的应用。然而传统的泄漏定位方法大多数应用于各向同性的金属材料结构，由于复合材料的各向异性特性，上述方法在复合材料结构上将难以适用。
[0004]本专利技术提出一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，针对复合材料结构的泄漏事件进行定位。这符合未来各种工程中的材料应用趋势，也对未来的结构健康监测具有重要的意义。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，包括以下步骤：
[0008]a.通过自动铅笔在被测板材中心位置进行断铅实验，测量各个方向的波速分布情况，建立波速
‑
方向曲线；
[0009]b.根据波速
‑
方向曲线，确定用于泄漏定位的传感器阵列参数；
[0010]c.在指定方向进行声源定向实验，并通过阵列进行定向，根据定向的误差，对波速
‑
方向曲线进行修正；
[0011]d.搭建泄漏定位检测系统，用传感器阵列采集泄漏信号；
[0012]e.通过单个传感器阵列，使用基于各向异性材料波速
‑
方向曲线的波束形成定向方法，对泄漏源进行定向；
[0013]f.通过两个传感器阵列，通过三角法对泄漏源进行最后定位。
[0014]优选地，所述a步骤中的波速测量的流程为：
[0015]断铅信号在特定位置产生时，定义被测板横向为0
°
方向，设为x轴正向；纵向为90
°
方向，设为y轴正向，在同一方向放置两个传感器，传感器的间距为30cm，每隔10
°
进行波速测量，测量结束后可获得波速数组V(θ)：
[0016][0017]为进一步提高精度，通过插值的方法对V(θ)进行拟合，可得波速与角度的函数：v＝f(θ)。
[0018]优选地，所述b步骤中的传感器阵列参数计算流程为：
[0019]根据波速与角度的函数v＝f(θ)，以O点为基准点，每10
°
放置一个传感器，传感器与基准点的间距l
i
(θ
i
)与波速v(θ
i
)的关系为：
[0020][0021]对l
i
(θ
i
)进行拟合，可得阵元与基准点距离与角度的分布函数：l＝h(θ)，对每个阵列共铺设10个传感器，涵盖0
°‑
90
°
方向。
[0022]优选地，所述c步骤中的波速修正流程为：
[0023]在指定方法产生泄漏声信号，使传感器阵列与其分别成角0
°‑
90
°
时进行泄漏实验，每隔10
°
进行实验，并进行定向处理，获得对应的能量函数B(θ)：
[0024]B(θ)＝∫g4(t,θ)dt
[0025]根据能量函数可以推导得到对应的g(t,θ)函数，并能够推导出对应的延时Δt，根据延时公式，可以推导出对应的推导波速函数V
’
(θ)。根据推导波速函数对波速
‑
方向曲线进行修正补偿，得到修正后的波速
‑
方向曲线v＝f
’
(θ)。
[0026]优选地，所述d步骤的实验检测系统包括被测试复合材料结构、传感器夹具、阵列传感器、信号放大器、信号采集卡以及PC机，其中传感器夹具根据步骤b确定的传感器阵列参数通过3D打印进行设计制作。泄漏信号采集流程为：
[0027]将2组传感器阵列通过耦合剂粘贴到被检结构表面，2组传感器基准点间距L，利用传感器阵列对泄漏信号进行采集，信号通过电压放大器进行放大，并通过采集设备进行采集，数据保存至PC；
[0028]优选地，所述e步骤中改进的波束形成方法流程为：
[0029]假设声源方向为θ，第n个传感器阵元信号的时延表示为:
[0030][0031]其中，V(θ)为波速分布函数，d
n
为相对距离:
[0032][0033]信号将通过延时叠加而集中能量，叠加后信号：
[0034][0035]信号能量可以通过对叠加信号进行时域平方和积分得到。通过扫描所有角度，可得到一个关于角度的能量函数B(θ)：
[0036]B(θ)＝∫g4(t,θ)dt
[0037]B(θ)能量函数的峰值所对应的θ角度即为该阵列传感器所求泄漏定向结果。
[0038]优选地，所述f步骤中改进的波束形成方法流程为：
[0039]当两个阵列传感器对泄漏源进行定位时，泄漏源与定向角度的关系为：
[0040][0041][0042]其中，(x1,y1)、(x2,y2)分别为传感器阵列1、2参考传感器的坐标，L为两个阵列传感器基准点距离，θ1、θ2分别为传感器阵列1、2的定向角度，(x,y)为定位泄漏源的坐标，求解公式可得泄漏源位置(x,y)，完成泄漏定位。
[0043]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0044]本申请中，通过测量0
‑
360
°
各个方向的波速建立波速与方向的函数关系，并应于传感器阵列参数设计；通过在指定方向进行声源定向实验，根据定向的误差，对波速
‑
方向曲线进行修正。可针对各向异性的复合材料层合板结构的泄漏检测，符合未来各种工程中的材料应用趋势，对未来的结构健康监测具有重要的意义。
附图说明
[0045]图1示出了根据本专利技术实施例提供的定位方法流程示意图：
[0046]图2示出了根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，包括以下步骤：a.通过自动铅笔在被测板材中心位置进行断铅实验，测量各个方向的波速分布情况，建立波速
‑
方向曲线；b.根据波速
‑
方向曲线，确定用于泄漏定位的传感器阵列参数；c.在指定方向进行声源定向实验，并通过阵列进行定向，根据定向的误差，对波速
‑
方向曲线进行修正；d.搭建泄漏定位检测系统，用传感器阵列采集泄漏信号；e.通过单个传感器阵列，使用基于各向异性材料波速
‑
方向曲线的波束形成定向方法，对泄漏源进行定向；f.通过两个传感器阵列，通过三角法对泄漏源进行最后定位。2.根据权利要求1所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述a步骤中的波速测量的流程为：断铅信号在制定位置产生时，定义被测板横向为0
°
方向，设为x轴正向；纵向为90
°
方向，设为y轴正向，在同一方向放置两个传感器，传感器的间距为30cm，每隔10
°
进行波速测量，测量结束后可获得波速数组V(θ)：为进一步提高精度，通过插值的方法对V(θ)进行拟合，可得波速与角度的函数：v＝f(θ)。3.根据权利要求2所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述b步骤中的传感器阵列参数计算方法为：根据波速与角度的函数v＝f(θ)，以O点为基准点，每10
°
放置一个传感器，传感器与基准点的间距l
i
(θ
i
)与波速v(θ
i
)的关系为：对l
i
(θ
i
)进行拟合，可得阵元与基准点距离与角度的分布函数：l＝h(θ)，对每个阵列共铺设10个传感器，涵盖0
°‑
90
°
方向。4.根据权利要求3所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述c步骤中的波速修正流程为：在指定方法产生泄漏声信号，使传感器阵列与其分别成角0
°‑
90
°
时进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦磊，孙立臣，闫荣鑫，郑悦，欧逍宇，刘涛，孟冬辉，孙伟，杨再华，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：