[发明专利]一种考虑声波在两种介质界面折射情况下的声发射源定位方法

摘要

一种考虑声波在两种介质界面折射情况下的声发射源定位方法，利用声波折射定律建立声源和测点的时空关系方程组，根据已知传感器所在位置的坐标值和声波信号到时差以及声波在两种介质中传播的速度，可获得声发射源的位置坐标。本发明考虑了不同介质界面声波折射的情况，可用于声发射传感器和声源不在同一种介质中的情况，比如围压力学测试实验中的声发射源定位等一些特殊的情况。

主权项

1.一种考虑声波在两种介质界面折射情况下的声发射源定位方法，其特征在于：分为两种情况：A：二维定位方法：首先在介质2中放置M个不处于同一直线位置的声发射传感器，M个声发射传感器的二维位置坐标已知，分别为(x1，y1)，(x2，y2)，……，(xM，yM)，M大于等于3；置于介质1中的声发射源产生应力波后，M个声发射传感器感应到声发射源的时刻：t1，t2，……，tM；设声发射源坐标为(x，y)，在两种介质中传播的速度分别为c1，c2，入射角为θ1，折射角为θ2；折射定律：设任意两个声发射传感器的位置为A点和B点，声发射源的位置为O点，声波到达A点和B点的时间分别为Ti和Tj，A点和B点坐标分别为(xi，yi)和(xj，yj)，声发射源产生的声波从介质1经过介质2传播到两个声发射传感器的折射点分别为M(ai，bi)和N(aj，bj)，其中i，j为1，2，...，M，且i≠j，则声源O到折射点M的距离LOM为：折射点M到声发射传感器A的距离LAM为：声源O到折射点N的距离为LON为：折射点N到声发射传感器B的距离LBN为：声源传播到声发射传感器A和B的时间差ΔTij为：设T_min为声发射传感器接收到的第一个信号所用的最短时间，对于每一组观测值(xi，yi；xj，yj)，假设一个声发射源所在空间内的初始声源坐标(x0，y0)，代入式(1)、(6)和(7)可确定一个计算值ΔTij，计算值ΔTij与实际测得的值Δtij＝ti‑tj之间存在一个差值，这个差值即是误差，采用最优化解法通过最小化误差的平方和，即可得出声发射源初始声源坐标(x，y)；B：三维定位方法首先在介质2中放置M个不处于同一直线位置的声发射传感器，M个声发射传感器的三维位置坐标已知，分别为(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，……，(xM，yM，zM)，M大于等于4；置于介质1中的声发射源产生应力波后，M个声发射传感器感应到声发射源的时刻：t1，t2，……，tM；设声发射源坐标为(x，y，z)，在两种介质中传播的速度分别为c1，c2，入射角为θ1，折射角为θ2；折射定律：设任意两个声发射传感器的位置为A点和B点，声发射源的位置为O点，声波到达A点和B点的时间分别为Ti和Tj，A点和B点坐标分别为(xi，yi，zi)和(xj，yj，zj)，声发射源产生的声波从介质1经过介质2传播到两个声发射传感器的折射点分别为M(ai，bi，ci)和N(aj，bj，cj)，其中i，j为1，2，...，M，且i≠j，则声源O到折射点M的距离LOM为：折射点M到探头A的距离LAM为：声源O到折射点N的距离LON为：折射点N到探头B的距离LBN为：声源传播到声发射传感器A和B的时间差ΔTij为：设T_min为声发射传感器接收到的第一个信号所用的最短时间，对于每一组观测值(xi，yi，zi；xj，yj，zj)，假设一个声发射源所在空间内的初始声源坐标(x0，y0，z0)，代入式(8)、(13)和(14)可确定一个计算值ΔTij，计算值ΔTij与实际测得的值Δtij＝ti‑tj之间存在一个差值，这个差值即是误差，采用最优化解法通过最小化误差的平方和，即可得出声发射源初始声源坐标(x，y，z)。