基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法，该方法采用在监测区域任意位置布设至少2个传感器阵列，根据已知传感器的空间位置坐标以及接收P波的到达时间，采用遗传算法对声发射源空间位置坐标进行迭代求解；本方法无需测量P波在各向异性介质中的传播速度，从而避免了P波测量误差对定位结果的影响，实现三维各向异性材料声发射源的精确定位。精确定位。

【技术实现步骤摘要】
基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法


[0001]本专利技术涉及声发射源定位
，具体涉及一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法。

技术介绍

[0002]声发射源定位是确定材料损伤萌生位置及发展趋势的必要手段，过去几十年来，声发射源定位研究取得了丰富成果，然而大多数方法需预先测定声发射信号在材料内部的传播速度，速度测量的准确性与定位精度密切相关。
[0003]实际工程中波速的测量存在诸多问题：
[0004](1)构造应力集中区域的不确定性造成微震及声发射发生区域并非预先测速区域；
[0005](2)所取区域材料样本无法准确表达检测区域的材料构造；
[0006](3)测量本身具有较大的随机性，人工操作、探头等都会造成误差，导致基于测速条件下的定位方法甚至会得到误差允许范围之外的定位结果。
[0007]众多学者对无需测速的声发射源定位方法进行了探索，但目前这些研究大多基于单一速度模型、分层速度模型和弱各向异性速度模型，虽然具备良好的定位效果，也可有效避免因速度测量误差对定位结果的影响，但对于非连续性材料，由于微裂纹、孔隙等天然缺陷，微震及声发射信号在材料内部传播过程中易发生弥散、散射及衰减，其传播速度在各个方向上表现出较大的差异，定位结果存在较大误差。
[0008]有鉴于此，有学者提出一种非测速条件下的各向异性板声发射定位方法，该方法将6个传感器布置为2阵列呈直角等腰三角形的传感器阵列，通过求解非线性方程组实现各向异性板中的声源定位，并在铝板和纤维复合增强板上验证该方法的适用性与准确性。后续研究中将传感器布置形式由直角等腰三角形推广为任意直角三角形、任意三角形和“Z”形，均可在非测速条件下定位各向异性板的声发射源(此方法只能用于平面结构或二维结构的声源确定)，但对于三维各向异性材料，在声波速度未知的情况下，用少量传感器实现声发射源的精确定位仍是一项具有挑战性的任务，因此有必要提出一种非测速条件下的三维各向异性波速模型声发射源定位方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法，该方法通过特殊布置的传感器阵列及其结构，能在无需预先测定声发射信号波速的条件下，准确定位三维各向异性介质的声发射源，以克服现有技术的不足。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法，该方法采用在监测区域任意位置布设至少2个传感器阵列，根据已知传感器的空间位置坐标以及接收P波的到达时间，采用遗传算法对声发射源空间位置坐标进行迭代求解；本方法无需测量P波在各向异性介质中的传播速度，从而避免了P波测量误差
对定位结果的影响，实现三维各向异性材料声发射源的精确定位。
[0011]作为本专利技术的进一步方案：所述传感器阵列采用正四面体分布，所述传感器阵列中对应传感器位于正四面体的端点处。
[0012]作为本专利技术的进一步方案：所述声发射源S与对应传感器阵列C的间距D 应大于传感器阵列C中相邻传感器之间的间距L，间距D和间距L的大小关系以实际所需要定位声发射源S的精度来确定。
[0013]作为本专利技术的进一步方案：设传感器阵列分别为C1、C2……
C
n
，传感器阵列C1中各个传感器分别为C
11
、C
12
、C
13
和C
14
；将传感器C
11
、C
21
……
C
n1
设定为对应感器阵列C1、C2……
C
n
内的主传感器；则声发射源S产生的声发射信号在直线SC
11
上的传播速度V1则称之为阵列内主速度；设直线SC
11
的倾角为α1，方向角为β1，则直线SC
11
的方向向量可表示为：
[0014][0015]直线C
12
C
11
、C
13
C
11
和C
14
C
11
的方向向量可表示为：
[0016][0017]式中：(x
i1
,y
i1
,z
i1
)为传感器C
i1
的三维空间坐标；
[0018]根据直线SC
11
与C
12
C
11
、C
13
C
11
、C
14
C
11
的方向向量，得到直线SC
11
与C
12
C
11
、C
13
C
11
、 C
14
C
11
的夹角为θ
12
、θ
13
和θ
14
：
[0019][0020]当声发射源S与传感器阵列C1间距D大于阵列内传感器间距L时，设定同阵列传感器接收到的声发射信号设为同一波速V，且具有几乎相同的频率和振幅和一定的时移，声发射信号在空间传播路径相互平行，且到达各传感器的波阵面相互平行；
[0021]设记录声发射源发出的信号传播至传感器矩阵C1中传感器C
11
、C
12
、C
13
和C
14
的时间分别为t1、t2、t3和t4，则声发射信号至传感器C
11
与C
12
、C
13
、C
14
之间的时延t
12
、t
13
、t
14
分别为：
[0022][0023]式中：为正四面体的边长。
[0024]联立求解式(4)可得：
[0025][0026]由上式可得声发射源S与传感器C
11
连线坐标倾角为α1，方向角为β1及声发射信号在SC
11
方向上传播的速度V1，所求值均取决于传感器间时延t
12
、 t
13
和t
14
；同理得传感器阵列C2、C3……
C
n
中，声发射源S与传感器C2、C3……ꢀ
C连线坐标倾角α2、α3……
α
n
，方向角β2、β3……
β
n
；
[0027]确定声发射源S与传感器C
11
、C
21
……
C
n1
连线坐标倾角为α1、α2……
α
n
，方向角为β1、β2……
β
n
及传感器C
21
、C
21
……
C
n1
坐标后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法，其特征在于：该方法采用在监测区域任意位置布设至少2个传感器阵列，根据已知传感器的空间位置坐标以及接收P波的到达时间，采用遗传算法对声发射源空间位置坐标进行迭代求解；本方法无需测量P波在各向异性介质中的传播速度，从而避免了P波测量误差对定位结果的影响，实现三维各向异性材料声发射源的精确定位。2.根据权利要求1所述的一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法：所述传感器阵列采用正四面体分布，所述传感器阵列中对应传感器位于正四面体的端点处。3.根据权利要求1所述的一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法：所述声发射源S与对应传感器阵列C的间距D应大于传感器阵列C中相邻传感器之间的间距L。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位方法：设传感器阵列分别为C1、C2……
C
n
，传感器阵列C1中各个传感器分别为C
11
、C
12
、C
13
和C
14
；将传感器C
11
、C
21
……
C
n1
设定为对应感器阵列C1、C2……
C
n
内的主传感器；则声发射源S产生的声发射信号在直线SC
11
上的传播速度V1则称之为阵列内主速度；设直线SC
11
的倾角为α1，方向角为β1，则直线SC
11
的方向向量可表示为：直线C
12
C
11
、C
13
C
11
和C
14
C
11
的方向向量可表示为：式中：(x
i1
,y
i1
,z
i1
)为传感器C
i1
的三维空间坐标；根据直线SC
11
与C
12
C
11
、C
13
C
11
、C
14
C
11
的方向向量，得到直线SC
11
与C
12
C
11
、C
13
C
11
、C
14
C
11
的夹角为θ
12
、θ
13
和θ
14
：当声发射源S与传感器阵列C1间距D大于阵列内传感器间距L时，设定同阵列传感器接收到的声发射信号设为同一波速V，且具有几乎相同的频率和振幅和一定的时移，声发射信号在空间传播路径相互平行，且到达各传感器的波阵面相互平行；设记录声发射源发出的信号传播至传感器矩阵C1中传感器C
11
、C
12
、C
13
和C
14
的时间分别为t1、t2、t3和t4，则声发射信号至传感器C
11
与C
12
、C
13
、C
14
之间的时延t
12
、t
13
、t
14
分别为：
式中：为正四面体的边长。联立求解...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾东山，阴彬，薛传荣，龙盎，舒高华，桑意平，罗毅，刘洋呈，
申请(专利权)人：中国华水水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：