[发明专利]一种低频结合高频二次波束形成定位方法

说明书

本发明涉及一种低频结合高频二次波束形成定位方法，属于机械设备状态监测及故障诊断技术领域。本发明包括：通过各声发射传感器采集待测结构损伤时发出的声发射信号；通过主瓣、旁瓣影响因子与最大旁瓣级来确定传感器直线阵列对应的高低两种最优频带；信号通过包络降频使其频率范围满足定位最优低频带，再通过声发射波束形成算法进行低频定位后再确定主瓣范围；信号通过滤波使其频率范围满足定位最优高频带，再通过声发射波束形成算法，在已确定的主瓣范围内进行二次波束形成定位，最终波束形成输出值的最大值对应的位置即为声源的定位结果；本表明的定位方法可以避免旁瓣对定位精度的影响，改善直线阵列垂直于阵列方向定位分辨率较低的问题。

技术领域

本发明涉及一种低频结合高频二次波束形成定位方法，属于机械设备状态监测及故障诊断技术领域。

背景技术

平面构件广泛应用在各种机械设备，若出现故障会影响机械设备的正常运行。声发射检测主要包括三个方面:分析声发射源性质、评估声发射源的严重程度、准确确定声发射源位置，声发射技术的核心问题是声发射源定位。声源定位使用用直线阵列、十字阵列、圆形阵列、三角阵列等。从几何上看都可以视为直线阵列的延伸，对于声发射定位最常用的直线阵列一直存在垂直于阵列方向的定位分辨率较低的问题，同时定位产生的旁瓣对定位有一定影响。

发明内容

本发明提供了一种低频结合高频二次波束形成定位方法，以用于解决声发射定位常用的直线阵列垂直于阵列方向定位分辨率较低的问题，有效地用于平面构件声发射源定位。

本发明的技术方案是：一种低频结合高频二次波束形成定位方法，所述方法包括：

S1、通过各声发射传感器采集待测结构损伤时发出的声发射信号；

S2、通过主瓣、旁瓣影响因子与最大旁瓣级来确定传感器直线阵列对应的高低两种最优频带；

S3、信号通过包络降频使其频率范围满足定位最优低频带，再通过声发射波束形成算法进行低频定位后再确定主瓣范围；

S4、信号通过滤波使其频率范围满足定位最优高频带，再通过声发射波束形成算法，在已确定的主瓣范围内进行二次波束形成定位，最终波束形成输出值的最大值对应的位置即为声源的定位结果。

作为本发明的进一步方案，分析阵列不同频率信号对应的主瓣宽度参数Res1，旁瓣宽度参数Res2与最大旁瓣级MSL，选取传感器直线阵列定位最优的高频带和低频带。

作为本发明的进一步方案，所述S2中包括：

引入波束形成主瓣、旁瓣宽度的参数Res来衡量空间分辨率和定位精度，对于线性阵列波束形成的主瓣、旁瓣宽度，各自分为横向宽度Resh与纵向宽度Resz，通过公式计算不同频率的信号对应的波束形成定位主瓣宽度参数Res1与旁瓣宽度参数Res2；

其中R_h表示为波束形成输出结果最大值衰减20％对应的主瓣横向宽度，Rz表示为波束形成输出结果最大值衰减20％对应的主瓣纵向宽度，L_hint表示为波束形成算法中设置扫描网格的横向最小间距，L_zint表示为波束形成算法中设置扫描网格的纵向最小间距；

通过公式计算不同频率信号对应的最大旁瓣级MSL；通过分析主瓣宽度参数Res1，旁瓣宽度参数Res2与最大旁瓣级MSL，选取传感器直线阵列定位最优的高频带和低频带；

选取的具体方法如下所示：

S2.1、当信号频率低，在某一频率区间波束形成定位没有旁瓣时，旁瓣宽度参数Res2为0，选取此频率区间为定位最优的低频带；