[发明专利]适用于三维结构的声发射源定位方法

权利要求书

1.一种适用于三维结构的声发射源定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A、建立三维结构声发射源定位传感器阵列；

步骤B、记录并且存储各传感器接收到的来自声源的声波信号；

步骤C、分析声波信号图得到所需时差；

步骤D、根据时差确定声源位置；

通过一组直角四面体型传感器阵列的时差，确定一条声源所在的直线即传播方向；传感器S₁、S₂、S₃在S₄等距且两两垂直的方向上，假设传感器S₄的坐标为(x₄，y₄，z₄)，则三个接收传感器S₁、S₂、S₃的坐标是：(x₄+d，y₄，z₄)、(x₄，y₂+d，z₄)、(x₄，y₄，z₄+d)；声源P的坐标是(x_p，y_p，z_p)；声源到第i个传感器S_i的距离d_i需远大于传感器之间的距离d，此时PS₁、PS₂、PS₃和PS₄的斜率接近，声波到达同一阵列中的传感器时，球形波阵面看做平面波阵面，即使对于各向异性的材料，声源到各传感器方向上的波速c也可看做相同，从声源到位于顶点的传感器(S₄)的方向与其他传感器S_i的方向之间的夹角θ_i，用声波先后到达两传感器S_i和S_j之间的时间差Δt_ij表示为

声源P在xy平面上的投影为P_xy，故线PP_xy垂直于xy平面，得出

S₄P_xy和y轴之间的夹角从上式推导获得：

P_yz是声源P在yz平面上的投影；遵循上述步骤，S₄P_yz的投影和z轴之间的夹角通过时差表示为：

声源P(x_p，y_p，z_p)的坐标表示为：

声源的方向由直角四面体型传感器阵列中的不同传感器的声波到达时间差确定；

同样的，在一组直角四面体型传感器阵列的基础上再增加一组相同或对称的传感器阵列，获得另外一条声源所在的直线即声源的方向，两条声源所在直线的交点即为声源所在位置；

传感器S₅、S₆、S₇和S₈的坐标分别为(x₈+d，y₈，z₈)、(x₈，y₈+d，z₈)、(x₈，y₈，z₈+d)和(x₈，y₈，z₈)；然后从第二个直角四面体型传感器阵列的声波到达时差确定源的第二方向，将其描述为

从两个直角四面体型传感器阵列获得的两个方向的交点即声源位置，通过如下公式获得：

因此三维结构中的声发射源可以通过具有8个传感器的两个直角四面体型传感器阵列定位，并且不需要提前已知材料特性。