[发明专利]基于分步式时间反转技术和时域谱单元的声发射源定位方法

说明书

本申请公开了一种基于分步式时间反转技术和时域谱单元的声发射源定位方法，依次包括如下步骤：S1在待监测加筋壁板的各筋条网格中心处，分别粘贴四枚PZT传感器，并将各PZT传感器线缆接入数据采集系统；S2在待测区域内任意位置进行断铅实验，并由数据采集系统记录各PZT传感器的响应；S3根据各PZT传感器上响应的触发时间，识别距离声发射源最近的PZT传感器，将其响应通道记作主通道；等。本发明能够快速计算结构内弹性波的传播，并大幅提高定位精度。

技术领域

本申请涉及声发射源定位技术领域，特别涉及一种基于分步式时间反转技术和时域谱单元的声发射源定位方法。

背景技术

加筋壁板具有优秀的承载能力和轻质化设计的优点，在航空航天及土木工程领域的结构中广泛应用。然而在长期服役过程中，结构不可避免地会受到外部冲击及腐蚀等不利因素影响，而产生如裂纹等各类损伤，降低了结构的可靠性及安全性。声发射是指结构材料的局部源快速释放能量而产生瞬态弹性波的现象。由于上述损伤的产生往往伴随着明显的声发射现象，因此，通过对声发射源进行定位，可以有效判断结构损伤的位置，评估结构的健康状态。

声发射源定位技术受到了国内外的广泛关注。其中，基于各传感器采集弹性波信号的飞行时间(Time of Flight,TOF)的声发射源定位技术是最为经典的方法之一。这种方法通过对比声发射信号到达各传感器的时间差，结合波速，通过几何方法实现声发射源的定位。例如，有学者采用连续小波变换计算了声发射信号至各传感器的TOF，基于传感器的坐标位置实现了声发射源的定位(Ciampa F and Meo M.Acoustic emission sourcelocalization and velocity determination of the fundamental mode A0 usingwavelet analysis and aNewton-based optimization technique.Smart Materials andStructures 2010；19:045027.)。但这种方法的精度严重依赖于波速及TOF信息的测量。由于结构中声发射信号传播速度快，所以各传感器的TOF差异较小。当信号质量一般时，各传感器之间TOF差的测量会引入较大误差，这种误差进一步通过波速放大，会导致声发射源定位结果与实际不符，限制了该方法的应用场景。并且，加筋壁板结构的筋条会造成声发射信号的二次散射，也会对TOF的测量引入干扰。

基于时间反转技术的声发射源定位技术可以有效避免信号导波的散射及频散等传播行为对定位的影响，也不需要波速及冲击波形等先验信息，十分适用于加筋壁板等复杂结构中声发射源定位(Chen C and Yuan F-G.Impact source identification infinite isotropic plates using a time-reversal method:theoretical study.SmartMaterials and Structures 2010；19:105028.)。这类方法主要涉及两项关键技术：一是高效、快速的全波场计算测量技术；二是重入射波场的聚焦识别技术。在现有技术中，主要是通过有限元方法求解时间反转后的重入射波场。根据时间反转技术中的空间聚焦特性，通过分析重入射波场最大位移幅值最大的节点的坐标即可实现声发射源的定位。然而，在实际应用中，采用有限元方法求解高频弹性波传播行为时，往往要求极高的计算资源且耗时巨大。若采用高阶单元快速求解时，又存在龙格效应的问题导致结果误差较大。另一方面，复杂结构的部件，如筋条等，会对结构中传播的弹性波反复散射而导致不同区域压电陶瓷晶片的响应幅值差异较大。在这种响应下，已经大量结果表明传统时间反转方法存在失焦问题，即声发射源位置处并非最大位移幅值出现的点，无法正确定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分步式时间反转技术和时域谱单元的声发射源定位方法，采用更高效的数值手段实现目标区域的全波场测量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

本申请实施例公开了一种基于分步式时间反转技术和时域谱单元的声发射源定位方法，依次包括如下步骤：