CN107807173A - 基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，涉及声发射无损检测技术领域。所述方法包括以下步骤：在平板上建立坐标系，将四个声发射传感器布置于相应点位，进而搭建声发射波幅值衰减实验系统，对突发型声发射信号作小波降噪处理后，提取出四个信号的弯曲波首峰峰值，建立幅值衰减与传播距离的幂函数计算关系，最终得到声发射源的坐标值，该方法不仅能够实现突发型声发射源定位，而且与常用的时差定位不同，不需要时间同步和预知声速，定位更加快速。
Description
技术领域
本发明涉及声发射无损检测领域，尤其涉及一种基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法。
背景技术
声发射技术作为一种无损检测方法，已经广泛应用于航空航天、加工制造、交通运输等领域，其重要研究内容之一是由接收的信号反推到声发射源的问题，即源定位。根据声发射信号的产生率将其划分为突发型和连续型两种，其中突发型信号源定位采用的时差定位，是当前声发射源定位最为广泛的方法，但其需要假设材料声速为常数，且该关键参数易受多种因素影响而难以准确测量，致使时差定位方法在实际检测中存在一定的局限性。而对于连续型声发射信号应用的幅值衰减模型为指数函数，定位精度低，仅适合于区域定位，而且仅仅适应于连续型声发射信号，对于突发型声发射信号无能为力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，不仅避免时差定位需要测量声速的桎梏，而且能够完成突发型信号的定位，并且具有定位准确、简单快捷的功能，从而提高声发射技术的更为广泛的应用性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，主要包括下列步骤：
(1)在金属平板上建立直角坐标系，并在金属平板的相应点位分布四个声发射传感器；
(2)搭建声发射波幅值衰减定位系统，进行相关参数设定并调试；
(3)声发射波幅值衰减定位系统通过四个声发射传感器采集每组断铅事件对应的突发型信号；
(4)选取一个断铅事件所对应的四个声发射传感器信号，利用声发射波幅值衰减定位系统对发射传感器信号进行小波降噪处理，并提取出四个信号的扩展波首峰峰值；
(5)将断铅事件所对应的四个声发射传感器的距离采用信号扩展波的首峰峰值来表示，求得幂函数模型V＝ax-b中的参数a、b值；
(6)计算出断铅位置的坐标值点P(x,y)；
(7)重复(5)-(6)步骤，计算其它断铅位置的坐标值，完成声发射源定位。
所述步骤(1)包括在待检测的金属平板上建立直角坐标系并绘制网格，在以原点为中心的正方形四个顶点处分别布置一个型号为R15α的声发射传感器，进而建立断铅点P(x,y)与四个传感器的位置关系，
其中L1～L4为断铅点P(x,y)到四个传感器的距离，x、y断铅点的坐标值，m为相邻两个声发射传感器连线与坐标轴交点对应的坐标值。
所述步骤(5)包括提出声发射波在平板传播因纳入扩散衰减导致其幅值呈幂函数V＝ax-b形式随声源距离衰减，将断铅点P(x,y)到四个传感器的距离L1～L4用接收信号的首峰峰值V1～V4来表示，分别表示为 进而可以求得幂函数V＝ax-b模型中的参数a′、b′值。
所述步骤(6)包括代入步骤(5)参数a′、b′值，得到本次断铅信号的首峰峰值衰减模型V＝a′x-b′，进而计算出本次断铅位置P的坐标值(x，y)。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明采用了声发射波幅值衰减研究声源定位，克服了时差定位对声波速度的苛刻需求，从而取消对材料声速的测量或计算，有利于促进声发射技术的更为广泛应用；
(2)本发明提出了在平板传播的声发射波幅值衰减模型呈幂函数V＝ax-b形式，并提供了相关参数的计算方法，能够定位出声发射波源的位置；
(3)本发明定义了声发射波首个弯曲波波峰幅值为首峰峰值，并采用它以评判声发射波的幅值衰减大小，提高了采用幅值衰减方法定位的精度和信度。
附图说明
通过阅读下面对本发明的示例性实施例的详细描述，同时结合附图考虑，可更好地理解本发明的上述实施例和其它实施例、目的、特性、优点、技术上和工业上的意义，各附图中：
图1是声发射波幅值衰减实验系统图；
图2是声发射幅值衰减源定位方法流程图；
图3是平板声发射传感器布设位置图；
图4是声发射系统采集的原始信号时域图(通道1)；
图5是信号小波变换后的时间-频率-幅值三维图(通道1)；
图6是信号小波变换后的时间-频率平面图(通道1)；
图7是声发射波原始信号的弯曲波首波部分图(通道1)；
图8是降噪后的声发射波信号弯曲波首波部分图(通道1)。
其中：1、铝合金平板；2、声发射传感器；3、前置放大器；4、计算机；5、信号分析仪。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提出了一种基于幅值幂函数衰减的平板结构突发型声发射源定位方法，所测平板材料为铝合金，采用断铅方法模拟声发射源，搭建声发射波衰减实验系统如图1所示，采用的定位方法流程如图2所示，具体验证步骤如下：
(1)如图3所示，在尺寸1000mm×1000mm×2mm的铝合金平板上，以平板中心为原点建立直角坐标系，分别在正方形的四个顶点，即坐标1(200,200)、2(-200,200)、3(-200,-200)、4(200,-200)处，各布置一个型号R15α的声发射传感器2；
(2)如图1所示，将布置好的四个声发射传感器2接入DS5系列全信息声发射信号分析仪5，设定通道门限固定为10dB、前置放大器2增益为40dB、峰值定义时间1000us、波击定义时间2000us、波击闭锁时间20000us，采样率为3MHz，并进行断铅检测各传感器安装情况和系统运行状态是否良好；
(3)在多个位置进行断铅，并采集相应不同位置断铅事件的信号数据，断铅位置选择在铝合金平板1的上表面，断铅作用力的方向与平板上表面垂直，断铅方向与铝合金平板表面成30°角；
(4)选取一次断铅事件，将此次断铅事件的四个声发射传感器2的信号数据，如图4所示，分别输入到具有小波变换功能的预设MATLAB程序(利用计算机4进行计算)，得到声发射传感器信号小波变换后的时间-频率-幅值图，如图5、图6所示，可判断出该组信号需进行降噪处理；
(5)提取出四个声发射信号的扩展波波段，其信号幅值图如图7所示，经降噪处理后，如图8所示，定义该扩展波的首个波峰幅值为首峰峰值，并提取出这四个声发射传感器信号的首峰峰值，用作评判声发射波幅值的衰减大小的核心数据；
(6)将接收信号的首峰峰值V1～V4分别代入由幂函数模型V＝ax-b推导出的公式中，分别计算出断铅点P(x,y)到四个声发射传感器2的距离L1～L4，利用编制的MATLAB程序，求得该次断铅事件的幅值幂函数模型中的参数a、b值，分别为a′、b′；
(7)将求得的参数a′、b′值代入到声发射幅值衰减模型中，得到本次断铅信号的首峰峰值衰减规律为V＝a′x-b′，进而求得本次断铅位置P坐标x、y的数值解；
(8)若定位在其它位置的断铅点，可重复上述的步骤(4)-(7)，均是首先提取出这四组信号的首峰峰值，然后求得对应于该次断铅试件的幅值衰减模型参数a、b值，最终得到相应断铅位置点的坐标值(x，y)，即实现声源定位。
总之，本发明提出一种与时差定位不同的，基于幅值幂函数衰减的声发射源定位方法，从而避开测量声速的需求，提供出一种新的适合于突发型声发射源定位的方法。
Claims (4)
1.一种基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，其特征在于：主要包括下列步骤：
(1)在金属平板上建立直角坐标系，并在金属平板的相应点位分布四个声发射传感器；
(2)搭建声发射波幅值衰减定位系统，进行相关参数设定并调试；
(3)声发射波幅值衰减定位系统通过四个声发射传感器采集每组断铅事件对应的突发型信号；
(4)选取一个断铅事件所对应的四个声发射传感器信号，利用声发射波幅值衰减定位系统对发射传感器信号进行小波降噪处理，并提取出四个信号的扩展波首峰峰值；
(5)将断铅事件所对应的四个声发射传感器的距离采用信号扩展波的首峰峰值来表示，求得幂函数模型V＝ax-b中的参数a、b值；
(6)计算出断铅位置的坐标值点P(x,y)；
(7)重复(5)-(6)步骤，计算其它断铅位置的坐标值，完成声发射源定位。
2.根据权利要求1所述的基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，其特征在于：所述步骤(1)包括在待检测的金属平板上建立直角坐标系并绘制网格，在以原点为中心的正方形四个顶点处分别布置一个型号为R15α的声发射传感器，进而建立断铅点P(x,y)与四个传感器的位置关系，
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其中L1～L4为断铅点P(x,y)到四个传感器的距离，x、y断铅点的坐标值，m为相邻两个声发射传感器连线与坐标轴交点对应的坐标值。
3.根据权利要求2所述的基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，其特征在于：所述步骤(5)包括提出声发射波在平板传播因纳入扩散衰减导致其幅值呈幂函数V＝ax-b形式随声源距离衰减，将断铅点P(x,y)到四个传感器的距离L1～L4用接收信号的首峰峰值V1～V4来表示，分别表示为(i＝1、2、3、4)，进而可以求得幂函数V＝ax-b模型中的参数a′、b′值。
4.根据权利要求3所述的基于幂函数的平板结构突发型声发射源定位方法，其特征在于：所述步骤(6)包括代入步骤(5)参数a′、b′值，得到本次断铅信号的首峰峰值衰减模型V＝a′x-b′，进而计算出本次断铅位置P的坐标值(x，y)。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20180316 Assignee: HEBEI XINDADI ELECTROMECHANICAL MANUFACTURING Co.,Ltd. Assignor: SHIJIAZHUANG TIEDAO University Contract record no.: X2024980008425 Denomination of invention: A Method for Localizing Sudden Acoustic Emission Sources in Flat Plate Structures Based on Power Functions Granted publication date: 20191210 License type: Common License Record date: 20240627 |
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