【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土力学试验，具体涉及一种声发射压电陶瓷传感器校准方法。
技术介绍
1、声发射压电陶瓷传感器的校准与声发射压电陶瓷传感器的可靠性、准确性密切相关，校准过后的声发射压电陶瓷传感器获取的数据可以准确反演岩石破坏过程和破坏机理。
2、在对声发射压电陶瓷传感器校准的研究中已有文献《bayesian waveform-basedcalibration of high-pressure acoustic emission systems with ball dropmeasurements[j].geophysical journal international，2020，221：20-36.》(基于贝叶斯波形的高压声发射系统的球落测量校准[j].国际地球物理杂志)，和文献《acousticemission sensor calibration for absolute source measurements[j].journal ofnondestructive evaluation，2012，31：157-168.》(声发射传感器的绝对源测量校准[j].无损评估杂志)等。但是上述文献中给出的技术方案还存在以下问题：
3、1.声发射压电陶瓷传感器的校准采用的都为玻璃球冲击、铅笔芯折断或毛细玻璃断裂产生机械波对声发射压电陶瓷传感器进行校准的方式，产生机械波的方法存在不稳定、难量化、操作难等特点。
4、2.上述文献中均未考虑机械波在介质中不同辐射方向信号振幅不同的因素，将机械波归一化为垂直方向
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是现有技术指出的问题。本专利技术提供了一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，采用电子信号发生器驱动声发射压电陶瓷传感器发射机械波，不同传感器的相对响应基于振幅模拟源信号辐射方向图和均匀介质下的格林函数进行计算来获得，以此数据与不同传感器的实际响应振幅进行计算，获得不同传感器的灵敏度系数，并以此来校准传感器。
2、本专利技术的目的是这样实现的，本专利技术提供了一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，包括以下步骤：
3、步骤1，声发射压电陶瓷传感器的安装
4、取一个立方体的岩石试样，对表面进行打磨，去除表面的松散结构或多余物，保持表面平整和清洁；
5、将声发射压电陶瓷传感器记为传感器，按照均匀分布的方式将n个传感器分别固定在岩石试样表面，记录每一个传感器的位置，并将n个传感器中的任意1个记为模拟源传感器t0，其他记为待校准传感器tn，n＝1，2，...，n-1；
6、步骤2，待校准传感器tn对模拟源信号的相对响应振幅an的获得
7、步骤2.1，将模拟源传感器t0连接在专用的电子信号发生器上，该电子信号发生器主动产生模拟源信号，设该模拟源信号幅度为uf；
8、步骤2.2，将模拟源传感器t0所在的岩石试样表面记为表面b，将待校准传感器tn中心与模拟源传感器t0中心的连线记为连线ln，连线ln与表面b的法线方向之间的夹角记为辐射角θn；
9、计算辐射角θn的辐射角系数urn，其计算式为：
10、
11、其中，rn为连线ln的长度，rns为模拟源传感器t0的半径，σnz为待校准传感器tn所在岩石试样表面的应力，并设该应力σnz为均匀分布状态，vp为模拟源信号在介质中的纵波速度，vs为模拟源信号在介质中的横波速度，ka为模拟源信号在介质中的纵波波数，j1是一阶普通贝塞尔函数，μ是介质剪切模量，i是复数符号；
12、步骤2.3，按照步骤2.2的方式计算每一个待校准传感器tn的辐射角系数urn，得到(n-1)个辐射角系数urn，计算辐射角θn方向的有效发射振幅ufn，其计算式为：
13、ufn＝uf×urn
14、步骤2.4，设在无限空间中模拟源传感器t0的位置为ξn，模拟源信号在模拟源传感器t0出发时的时刻为t′，待校准传感器tn的位置为xn，模拟源信号到达待校准传感器tn的时刻为t，记(ξn，t′)为模拟源点、(χn，t)为接收点、待校准传感器tn在模拟源点对模拟源信号的接收振幅为xn处接收振幅u(χn，t)，χn处接收振幅u(χn，t)的表达式为：
15、u(χn，t)＝ufn*gqp(χn，t，ξn，t′)
16、其中，“*”代表卷积运算，gqp(χn，t，ξn，t′)为模拟源点(ξn，t′)到接收点(χn，t)之间场的格林函数；
17、记待校准传感器tn在有限空间下对模拟源信号的接收振幅为an(x)，an(x)＝u(χn，t)*re，其中，re为空间比例系数；
18、步骤2.5，记模拟源信号进入待校准传感器tn所在岩石试样表面时的接收角为接收角的接收角系数为vrn，且令vrn＝urn，则记待校准传感器tn对模拟源信号的相对响应振幅为相对响应振幅an，an＝an(x)×urn；
19、步骤3，待校准传感器tn对模拟源信号的实际响应振幅bn的获得
20、将待校准传感器tn连接声发射信号接收器，通过声发射信号接收器记录待校准传感器tn对模拟源信号的实际响应振幅bn；
21、步骤4，灵敏度系数kn的计算
22、根据步骤2得到的相对响应振幅an和步骤3得到的实际响应振幅bn，计算得到待校准传感器tn的灵敏度系数kn，kn＝an/bn；
23、通过以上步骤得到每一个待校准传感器tn的灵敏度系数kn，并以此为依据对各个待校准传感器tn进行校准。
24、优选地，所述χn处接收振幅u(χn，t)的求解如下：
25、设岩石试样为均匀介质；
26、设p方向为与表面b垂直且指向岩石试样内部的方向，q方向为模拟源传感器t0沿连线ln指向待校准传感器tn的方向，所述格林函数gqp(χn，t，ξn，t′)定义为：模拟源传感器t0在模拟源点(ξn，t′)产生p方向的模拟源信号，导致在无限空间中待校准传感器tn在接收点(ξn，t′)处产生q方向的振幅；
27、根据以上设置，反演得到χn处接收振幅u(χn，t)，其表达式为：
28、
29、其中，γp为p方向因子，γq为q方向因子，ρ是介质密度。
30、优选地，所述空间比例系数re的计算式如下：
31、
32、其中，c为纵横波速之比，c＝vp/vs，b为空间向量积，b＝r·s，“·”为内积运算符号，r为方向向量，是垂直待校准传感器tn所在岩石试样表面且指向岩石试样外部空间且模为1的方向向量；s为指向向量，是终点为校准传感器tn位置χn、起点为模拟源传感器t0位置ξn的向量，s＝χn-ξn。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
34、1、本专利技术采用专用的电子信号发生器驱动声发射压电陶瓷传感器发射机械波，电子信号发生器产生信号更加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，其特征在于，所述χn处接收振幅U(χn，t)的求解如下：
3.根据权利要求1所述的一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，其特征在于，所述空间比例系数Re的计算式如下：
【技术特征摘要】
1.一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种声发射压电陶瓷传感器校准方法，其特征在于，所述χn...
【专利技术属性】
技术研发人员：查甫生，杨韬，秦琳，吴珊，张元，韩贺鸣，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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