[发明专利]基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测装置，包括通过管路连接至复合材料气瓶的水泵；其特征在于，在所述管路上设有压力表和压力传感器，水泵调节系统通过信号线分别连接压力传感器和水泵；复合材料气瓶水平放置，瓶身表面布置8个通过信号线与声发射检测系统相连的宽频传感器，宽频传感器能检测10～1000kHz频率范围的波形信息和模态频率，有效区分声发射源和噪声源；声发射检测系统同时采集来自宽频传感器的声发射信号和来自压力传感器的压力变化数据；

所述宽频传感器的布置方式为：在两侧封头顶部各布置一个宽频传感器；以3个宽频传感器为一组沿圆周方向均匀间隔布置在一侧的封头与筒体过渡段处，两组传感器之间相互交错排列，其中任意一个传感器均与另一侧过渡段处的任意两个传感器构成三角形阵列，且两侧传感器之间的任意连线都不与复合材料气瓶的水平轴线平行。

2.利用权利要求1所述装置的基于声发射技术的复合材料气瓶水压爆破监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)声速测量、衰减特性分析及传感器定位校准

开始试验前对不注水不加压的复合材料气瓶进行表面声速测量，记录各传感器的间距、平均时差和声速信息；声速测量完成后，依次进行声信号衰减断铅标定试验和传感器定位校准试验；

(2)水压爆破试验

将待测复合材料气瓶注满水，然后零压加压至2.25倍公称工作压力作为最小爆破压力，同时确定水压爆破试验中分级加载的曲线；

所述分级加载是指，以多个包括升压、保压、泄压的阶段性加载方式从零压逐步升压至气瓶最小爆破压力；保压时间至少为4min；泄压是指泄压至前次升压时的最大压力；泄压是指泄压至前次升压时的最大压力；在整个分级加载过程中，全程采集各传感器的声发射信号数据和压力数据；

(3)利用K均值聚类算法分析声发射信号

步骤(a)：针对保压阶段声发射信号的所有数据对象，随机选取K个初始的聚类中心；

步骤(b)：计算每个对象到聚类中心的距离，并将该对象分配到最近的聚类中心；

步骤(c)：针对分配完成后新形成的聚类，重新计算聚类中心；

重复步骤(b)、(c)直到聚类中心的位置不再改变，则聚类完成；

(4)数据分析

根据聚类后的声发射频率特征区别出复合材料气瓶在水压爆破试验中的纤维断裂和基体开裂信号，进而建立纤维断裂和基体开裂信号随着压力变化的趋势图，分析不同压力下的纤维断裂和基体开裂的变化情况；同时选择幅值、能量参数作为分析对象，建立幅值、能量参数随着压力变化的趋势图，根据声发射信号的幅值、能量分布情况判断损伤演化的程度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当气瓶表面温度与加压水温度接近时，直接升压至公称工作压力而不设置分级加载，以节省试验时间。