[发明专利]一种基于增强型导波相控阵技术的声发射源定位方法

说明书

本申请公开了一种基于增强型导波相控阵技术的声发射源定位方法，依次包括如下步骤：S1在待检测试件中心粘贴形成十字型相控阵列的PZT传感器，在十字型相控阵列的四周各补充一个远端PZT传感器；S2使用断铅实验在待检测试上模拟一次声发射事件，并采用导波实验设备接收传感信号；S3利用十字型相控阵列上PZT传感器接收到的传感信号迭代求解声发射源的速度和角度信息，等步骤。本发明提出的增强型导波相控阵方法，通过波速‑角度迭代求解的方法，可以实现波速的实时、自适应求解，同时可提高声发射源的定位精度。

技术领域

本申请涉及监测领域，特别涉及一种基于增强型导波相控阵技术的声发射源定位方法。

背景技术

飞行器结构在长期服役过程中不可避免地会受到复杂疲劳载荷和意外冲击载荷等，从而产生声发射现象。对于薄壁结构而言，粘贴于待测结构表面的压电传感器可实时采集到结构中产生的声发射信号。实时监测并接收结构响应，确定损伤位置可有效保证飞行器的可靠性与安全性。因此，声发射定位方法对于薄壁结构的损伤定位具有重要意义。

相控阵监测技术源于发射电磁波的相控阵雷达技术，是无损监测领域得到快速发展的新兴技术。超声导波相控阵是利用多个压电传感器排布的纵向阵列，依次使用含有时间延迟的激励信号，使得该传感器阵列产生具有方向性的波束，并聚焦于特定焦点处。通过对空间中的各个角度进行波束聚焦操作，从而实现对结构的全向扫描和损伤定位。传统的导波相控阵方法采用主动激励的形式，通过损伤处会产生反射回波，对待测结构进行全方位扫查。但是，利用主动相控阵方法很难实现对裂纹扩展、冲击响应的实时监测，一定程度上局限了该方法的应用范围。

部分学者将导波相控阵阵列应用于声发射源定位领域。通过计算不同聚焦角度对应的时间延迟，对传感信号进行时间序列上的平移，并将平移后的传感信号进行叠加，对比各个方向叠加后信号的幅值即可确定损伤所在方向。McLaskey(G.Markus,J.Elena,Beamforming array techniques for acoustic emission monitoring of largeconcrete structures,Journal of Sound and Vibration 329(12)(2010)2384-2394.)等首先将相控阵波束聚焦方法应用于声发射源定位领域，在实际桥梁结构中验证了将该方法应用于声发射源定位的可行性。但是该方法仅能够确定声发射源所在角度信息，而且声发射信号在桥梁结构中的波束宽度和频率范围也会局限波束聚焦方法角度定位的精度。He(T.He,D.Xiao,Q.Pan,X.Liu,Y.Shan,Analysis on accuracy improvement of rotor–stator rubbing localization based on acoustic emission beamforming method,Ultrasonics 54(1)(2014)318-329.)等提出了一种基于线性导波相控阵近场假设的声发射源定位方法，可较好的识别近场区域的声发射位置。但是随着声发射源距离逐渐增大，其损伤定位精度逐渐降低。另外，对于线性相控阵列而言，很难在全场扫描中除去伪像，这在实际应用中会极大的影响损伤成像结果。Xiao(D.Xiao,T.He,Q.Pan,X.Liu,J.Wang,Y.Shan,A novel acoustic emission beamforming method with two uniform lineararrays on plate-like structures,Ultrasonics 54(2)(2014)737-745.)等人提出了利用两互相垂直的线性阵列组成的相控阵构型，对不同位置声发射源进行定位。该方法利用不同方向的传感器阵列分别确定不同坐标分量，结果表面该方法同样仅在近场区域有较好的定位结果。另外，由于该方法利用不同方向阵列依次求解对应坐标分量，在定位过程中会忽略某些传感信息，会导致定位误差增大。