[发明专利]基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法

权利要求书

1.基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，设置至少两个微纳耦合光纤传感器在被测平面上的工作角度；

步骤2，分别通过每个微纳耦合光纤传感器对被测声源进行线性定位，得到每个微纳耦合光纤传感器到声源的距离；

步骤3，当布置两个微纳耦合光纤传感器进行定位时，采用三角函数平面定位法；根据固定两个微纳耦合型光纤传感器之间的距离L，以及步骤2中得到的声源到两个微纳耦合型光纤传感器间的距离L₁和L₂，计算出声源和传感器的连线与两个传感器连线间的夹角α，通过三角函数法求得声源坐标(x₀，y₀)；

当布置三个及三个以上的微纳耦合光纤传感器进行定位时，采用目标误差函数平面定位法；通过步骤2中得到声源到任意三个微纳耦合型光纤传感器间的实际距离L₁、L₂和L₃，再利用两点间距离公式计算微纳耦合光纤传感器与声源间的理论距离，以理论距离和实际距离间相对误差最小作为优化目标建立误差目标函数，当相对误差取得最小值时所对应的坐标即为声源坐标(x₀，y₀)；

步骤2中，每个微纳耦合光纤传感器对被测声源进行线性定位时，具体包括如下步骤，

S1：对一个微纳耦合光纤传感器获得的声发射信号，进行Gabor时频变换得到声发射信号的时频图，从时频图中识别出A0模态的声发射信号；

S2：将A0模态的声发射信号进行快速傅里变换后选取变换后信号的峰值频率作为初始频率；

根据设定阈值绘制阈值等值线，选取初始频率与阈值等值线的第一个交点对应的时间为初始频率的到达时间；

根据初始频率的到达时间和A0模态下声发射信号的频散曲线得到初始频率对应的初始速度；

S3：剔除阈值等值线中的无效等值线后提取得到有效等值线，从有效等值线上读取设定的各频率分量及各频率分量对应的时间为实际到达时间；

S4：根据频散曲线得到各频率分量对应的实际速度；根据时间、速度和距离的关系，由初始频率的初始速度和各频率分量的实际速度，得到含有声源距离的各频率分量的理论到达时间；

S5：将各频率分量的实际到达时间和理论到达时间之间的误差函数作为目标函数，确定目标函数取最小值时对应的声源距离取值，得到声源的线性定位距离。

2.根据权利要求1所述基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，所述步骤1中，设置工作角度时，将微纳耦合光纤传感器布置在被测平面的顶角上，使得传感器与声源的夹角范围在45°-135°内。

3.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S2中，设定的阈值为时频图中最大能量5％。

4.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S3中，有效等值线提取方法如下：

S31，确定有效等值线所在集合；

MATLAB阈值等值线计算结果存储在频率和时间相对应的二维集合中，其中的每一个子集都代表一段等值线；

利用最小值函数求取每一个子集的最小时间值，再对比选择最小值较小的两个子集，并从其中选择数据最多的子集，筛选出含有有效等值线所在集合；

S32，确定等值线方向；

将含有有效等值线所在集合中时间最小的点作为有效等值线的起点；根据A0模态的到达时间随着频率的降低而增加，判断确定有效等值线的方向；

S33，确定有效等值线终点；

将含有有效等值线所在集合中第一个随着时间的增大频率开始增大的点作为有效等值线终点，在此处将集合进行分割，终点之前的部分作为有效等值线。