基于三维各向异性波速模型的声发射源定位系统的制作方法

1.本实用新型涉及声发射源定位技术领域，具体涉及一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位系统。


背景技术：

2.声发射源定位是确定材料损伤萌生位置及发展趋势的必要手段，过去几十年来，声发射源定位研究取得了丰富成果，然而大多数方法需预先测定声发射信号在材料内部的传播速度，速度测量的准确性与定位精度密切相关。
3.实际工程中波速的测量存在诸多问题：
4.(1)构造应力集中区域的不确定性造成微震及声发射发生区域并非预先测速区域；
5.(2)所取区域材料样本无法准确表达检测区域的材料构造；
6.(3)测量本身具有较大的随机性，人工操作、探头等都会造成误差，导致基于测速条件下的定位方法甚至会得到误差允许范围之外的定位结果。
7.众多学者对无需测速的声发射源定位方法进行了探索，但目前这些研究大多基于单一速度模型、分层速度模型和弱各向异性速度模型，虽然具备良好的定位效果，也可有效避免因速度测量误差对定位结果的影响，但对于非连续性材料，由于微裂纹、孔隙等天然缺陷，微震及声发射信号在材料内部传播过程中易发生弥散、散射及衰减，其传播速度在各个方向上表现出较大的差异，定位结果存在较大误差。
8.有鉴于此，有学者提出一种非测速条件下的各向异性板声发射定位方法，该方法将6个传感器布置为2阵列呈直角等腰三角形的传感器阵列，通过求解非线性方程组实现各向异性板中的声源定位，并在铝板和纤维复合增强板上验证该方法的适用性与准确性。后续研究中将传感器布置形式由直角等腰三角形推广为任意直角三角形、任意三角形和“z”形，均可在非测速条件下定位各向异性板的声发射源(此方法只能用于平面结构或二维结构的声源确定)，但对于三维各向异性材料，在声波速度未知的情况下，用少量传感器实现声发射源的精确定位仍是一项具有挑战性的任务，因此有必要提出一种非测速条件下的三维各向异性波速模型声发射源定位方法。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位系统，该系统通过特殊布置的传感器阵列及其结构，能在无需预先测定声发射信号波速的条件下，准确定位三维各向异性介质的声发射源，以克服现有技术的不足。
10.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位系统，包括位于监测区域内的声发射源s，在声发射源s周围的监测区域任一位置内设置至少2个传感器阵列；所述传感器阵列为多面体结构，且传感器阵列上对应的传感器位于多面体结构端部，所述传感器与声发射源s对应用于接收声发射源s的声波信
息。
11.作为本实用新型的进一步方案：所述传感器阵列采用正四面体分布，所述传感器阵列中对应传感器位于正四面体的端点处。
12.作为本实用新型的进一步方案：所述声发射源s与对应传感器阵列c的间距d应大于传感器阵列c中相邻传感器之间的间距l。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过特殊布置的传感器阵列及其结构，验证了三维非连续介质的适用性与准确性；因此三维非测速条件下本实用新型可实现非连续介质的声发射源定位，避免了传统定位方法中采用单一速度模型产生的定位误差。
附图说明
14.图1为三维声发射源定位方法传感器阵列布置示意图；
15.图2为阵列内传感器布置示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
17.实施例一、请参阅图1-2，本实施例提供一种基于三维各向异性波速模型的声发射源定位系统，该系统设定某定位系统由2组传感器阵列8个传感器组成，空间分布位置如图1所示，传感器c
11
、c
12
、c
13
和c
14
组成传感器阵列c1，传感器c
21
、c
22
、c
23
和c
24
组成传感器阵列c2，传感器编号及坐标如表1所示。根据声发射监测区域及实际检测中采用的传感器尺寸，将阵列内传感器间距设置为60mm。表2中为8个拟定声发射源的编号及坐标。
18.表1传感器编号及坐标(mm)
[0019][0020]
表2声发射源标号及坐标(mm)
[0021]
[0022]
假设声发射源发生时间为某年某月某日某时0分0秒。声发射信号在传感器阵列c1方向的主速度取sc
11
直线上的等效波速v1＝5m/ms,在传感器阵列c2方向的主速度取sc
21
直线上等效波速v2＝4m/ms，表3为各声发射源信号到达各传感器的时刻。
[0023]
表3声发射源信号到达各传感器的时刻
[0024][0025]
采用matlab编程对目标函数进行遗传算法的求解，按传感器接收到声发射信号的真实到时进行定位时的结果如表4所示，其中定位误差δδ表示求得的声发射源坐标与拟定声发射源位置的欧式距离。
[0026]
表3定位结果(mm)
[0027][0028]
结果显示，采用三维非测速条件下声发射源定位方法对声发射源进行定位时，8个定位结果均落在拟定声发射源附近，重复试验中定位点误差波动较小，离散度较低，均在37-55mm的范围之内，验证了该定位方法在三维非连续介质的适用性与准确性。因此三维非测速条件下声发射源定位方法可实现非连续介质的声发射源定位，避免了传统定位方法中采用单一速度模型产生的定位误差。
[0029]
实施例二、若采用2组以上传感器阵列组成(即若采用3组传感器矩阵，12个传感器)，其单独每组的传感器阵列的相关参数的计算方法和过程与实施例一一致，每组传感器
阵列中主传感器与声发射源的构成的直线参数算法也与实施例一致，然后分别计算出两两主传感器与声发射源的构成的直线之间最近的点(该计算过程与实施例一一致)，最后得到3个最近的点，所述3个最近的点围成的空间中部即为声发射源，为了更加提供精度和准确性，可以多增加对应传感器矩阵的数量，使得对应最近的点围成的空间更加完整，所得声发射源位置更加精确。
[0030]
实施例三、基于实施例一的基础上，为了避免相应传感器采集数据失真或部分传感器无法采集准确的信号，可以将对应传感器矩阵设置为正多面体结构或规则多面体结构；具体的，设定某定位系统由2组传感器阵列12个传感器组成(该传感器矩阵为正六面体结构)，则在计算过程中，先确定对应传感器矩阵的主传感器，然后再选取对应传感器矩阵中另外五个传感器中的三个传感器信号(精度高的三个传感器信号)即可，然后按照实施例一中的计算过程进行操作(唯一的区别是，正四面体结构的传感器矩阵中各个传感器之间的几何尺寸一致，位置对应；而本实施例中4个传感器位置和间距不一致，则按照对应几何关系列出数学式即可实现)。