[发明专利]适用于各向异性二维板的声发射源定位方法

说明书

本发明涉及一种适用于各向异性二维板的声发射源定位方法，属于声源定位技术领域。建立正方形传感器阵列，在三角时差法基础上，通过4‑8个传感器接收到的时差信息对声源进行定位，确定声源位置坐标。较传统的定位方法而言，本发明阵列结构简单，需要传感器数量少，所需空间较小，计算量少，不仅可以对各向同性板进行定位，而且同样适用于各向异性板，无需提前知道板内声速等特性信息，有效的提高了定位精度和速度，更加适合于二维板类结构的声源定位。本发明对声发射检测中的声源定位问题提出了新的方法，声发射检测技术是无损检测方法的重要途径之一，有助于及时发现损伤及潜在威胁，保障结构安全性。在汽车、航天、医学等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及声源定位技术领域，特别涉及一种适用于各向异性二维板的声发射源定位方法。

背景技术

目前，板状结构在工程装备中应用广泛，如汽车车身、飞机机身、航天器、燃料的储罐等。当这类结构发生损伤时不仅对装备的性能造成直接危害，而且有可能间接造成经济、人员的损失。声发射检测技术是检验裂纹的重要方法，因为具有被动检测、动态监测、适用性好、效率高等优点而广泛并且高效的应用于工程当中，虽然x射线、电涡流等常规无损检测方法有其独特的应用领域，但都具有局限性，例如成本高、工作量大等。声发射是结构中伴随部分损伤快速释放出瞬态弹性波能量进行传播的现象。当结构生成裂纹或裂纹扩展的时候，会产生声发射信号。通过对声发射信号进行检测分析可以判断出裂纹的位置和严重程度。在声发射现象非常明显的结构损伤初始阶段，利用超声波传感器拾取高频弹性波信号进行分析评估达到定位损伤源的目的，这就是声发射源定位技术。常见的声源定位方法主要有基于可控波束形成的定位方法、基于高分辨率的定位方法和基于到达时延差的定位方法。前两个定位方法具有计算复杂度高、定位效果不佳、受阵列结构限制等缺点不利于实时定位。基于到达时延差的定位方法简称时差定位法，这种方法利用波在传播过程中的时间信息，可由时空坐标关系来推断未知对象的空间位置，这种思想在地震研究，无损检测和全球定位系统等领域都有重要的应用。声源定位在工程实践中最重要的技术就是时差定位法，根据声发射信号到达传感器的时间、传感器排列的位置和介质中声信号的传播速度来确定声发射源的位置。以往利用时差法的二维声源定位问题是利用多传感器接收信号的时差信息，通过常规的归一正方形法，任意平面三角形等算法求得交点，即预测的声发射源位置。这些常规定位方法要求实验板须是声学各向同性的，且板内声波速度已知，计算过程较为繁琐，需要多个传感器和多通道接收装置，成本较高，不利于声源定位实验的实现和普及。时差定位是一种精确而快捷的定位方式，广泛用于试样和构件的检测。传统的三角时差测量技术无法定位各向异性板上的声源，因为这种技术需要声波速度不随传播方向改变，而各向异性板的情况并非如此。目前为止提出的所有在各向异性板上声源定位的方法都需要依赖板内各个方向的速度知识或一系列密集的传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于各向异性二维板的声发射源定位方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明针对裸露空间面积小、板是各向异性的情况提出了一种方便可行的声发射源定位方案，对该方法在声发射源定位理论基础上提出了理论关系表达和实验验证。本发明可以有效的改进声发射源定位实验过程，无需了解板内声速相关知识，利用4-8个传感器接收的时差信息和空间信息对声源进行定位，占用较小面积快速获得较高精度。实现监控结构的状态变化，最大限度上反映出结构信息。实验结果表明,该技术适用于各向同性和各向异性结构的声发射源定位问题。可以有效地通过被动监测技术来定位二维平板声学源位置。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

适用于各向异性二维板的声发射源定位方法，包括如下步骤：

步骤A，在二维直角坐标系中，用四个传感器S₁、S₂、S₃、S₄建立一组正方形传感器阵列；