[发明专利]适用于三维结构的声发射源定位方法

说明书

本发明涉及一种适用于三维结构的声发射源定位方法，属于声源定位技术领域。通过直角四面体型传感器阵列的时差信息和空间信息定位声发射源的位置。步骤包括：建立三维声发射源定位传感器阵列、记录并且存储各传感器接收到的来自声源的声波信号、分析声波信号图得到所需时差、根据时差确定声源位置。不仅适用于各向同性材料，也能够很好的适用于各向异性材料；仅需要8个超声波传感器，能够大大减少连续监测结构的成本；不需要任何迭代算法，有效地提高了定位精度和速度。本发明对声发射检测中的声源定位问题提出了新的方法，通过及时发现损伤及潜在威胁从而保障结构的安全性，在航天航海、土木工程、大小型机械等领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及声源定位技术领域，特别涉及一种适用于三维结构的声发射源定位方法。

背景技术

三维结构在压力容器、大型复杂工程结构、卫星、飞机和宇航等领域应用广泛。然而，三维结构中的声源定位是一项艰巨的任务，尤其在结构材料属性未知甚至存在各向异性的情况下。此时大量未知参数需要大量传感器阵列或者复杂的迭代计算才能进行精确的源定位。

声发射技术是一种重要的动态无损检测方法，通过材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性应力波传播到材料表面，被传感器接收并引起传感器晶片的振动，而传感器将这种振动转化为电信号，电信号最终被放大、处理和记录下来。对观察到的声发射信号特征进行分析、判断，以获得声发射的产生部位、产生机制等信息，从而了解材料或构件的状况。声发射源定位是声发射技术研究领域的核心主题之一。时差定位是一种精确而快捷的定位方式，广泛用于试样和构件的检测。利用波在传播过程中的时间信息，可由时空坐标关系来推断未知对象的空间位置，这种思想在地震研究，无损检测和全球定位系统等领域都有重要的应用。传统的声源定位及GPS模拟利用4个传感器接收信号的时差信息，通过复杂的迭代算法求解非线性方程从而预测声发射源位置。这种常规实验方法要求结构材料是声学各向同性的，且结构内的声学特性如声速已知，计算过程较为繁琐，非线性计算结果存在多解错解，不利于实时监测的实现和普及。截止目前，所有三维结构上声源定位的方法都需要依赖结构的速度知识或一系列密集的传感器来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于三维结构的声发射源定位方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明针对无法提前获得三维结构特性的情况，提出了一种仅需少量超声波传感器即可进行的声发射源定位方法，对该方法的理论关系进行了描述和实验验证。本发明可以有效地改进声发射源定位实验过程，无需了解结构内声速相关信息，利用8个传感器接收的时差信息和空间信息对声源进行定位，计算速度快且可以获得较高精度。为实现三维结构的声发射监控提供了一种方便可行的方法。实验结果表明，该技术适用于三维结构的声发射源定位问题，可以有效地通过被动监测技术来定位三维结构的声源位置。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

适用于三维结构的声发射源定位方法，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。