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    买重庆时时彩能赚钱吗: 一种基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法.pdf

    关 键 词:
    一种 基于 时间 反转 聚焦 技术 声发 定位 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410170605.5

    申请日:

    2014.04.26

    公开号:

    CN103941232A

    公开日:

    2014.07.23

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01S 5/20申请公布日:20140723|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 5/20申请日:20140426|||公开
    IPC分类号: G01S5/20; G01N29/44; G01N29/14 主分类号: G01S5/20
    申请人: 南昌航空大学
    发明人: 李秋锋; 黄攀; 卢超; 刘志云
    地址: 330000 江西省南昌市红谷滩新区丰和南大道696号
    优先权:
    专利代理机构: 南昌洪达专利事务所 36111 代理人: 刘凌峰
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410170605.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.06.06|||2014.08.20|||2014.07.23

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开一种基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法,通过将时间反转理论引入了声发射检测技术中,利用时间反转聚焦处理后的信号能在声发射源处形成时间和空间上的聚焦和增强,达到精确定位效果。由于实际对传感器反相加载信号在物理上很难实现,且声发射检测信号信噪比较低,根据时间反转理论,利用信号与系统的描述方法,即将信号在介质中的传播和接收过程通过公式描述出来,最终推导出时间反转加载后各传感器再次接收到的时反信号,并通过变换处理后,声发射源反射位置可以得到增强,从而提高信噪比,实现声发射源准确定位。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法,其特征是利用时间反转后的信号能在声发射源处形成时间和空间上的聚焦达到定位效果,由于对传感器反相加载信号在物理上很难实现,为了实现对检测信号进行时间反转聚焦处理和简化实验操作,同时为了提高声发射信号的信噪比,利用信号与系统的描述方法,即将信号在介质中的传播和接收过程通过公式描述出来,最终推导出时间反转加载后各传感器再次接收到的时反信号,并通过变换处理后,声发射源反射位置可以得到增强,从而提高信噪比,实现声发射源准确定位。

    2.  根据权利要求1所述的基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法,其特征是:具体方法是:利用声发射检测系统进行检测,被检测材料为不规则物体,检测时将仪器参数设置好,将传感器按照对称布置在检测区域表面,利用铅笔断芯的方式在板材上模拟一个声发射信号,该信号在板材中以弹性波的方式传播到传感器处并被传感器接收,将接收到的信号提取出来,利用如下方法处理这些接收信号:
    利用改进的时间反转达到增强信号信噪比的效果:假设声发射源处发出的信号为                                               ,第i个传感器接收到的信号为,令从声源处到第i个传感器的传递函数为,这里的传递函数也包括压电元件的机电耦合系数,那么和有如下的关系:
                               (1)
    将进行时间反转并在各自传感器加载,使得激发出去的这些信号能够在声源处实现时间和空间上的聚焦,时间反转处理就是在频域里做相共轭运算,推导出此时在声源处得到的信号:
                        (2)
    式中其实就是对声源信号的时间反转聚焦的一个叠加,所以信号的波峰幅值能够得到一个增强,传播到各个传感器的信号可表达为:
                (3)
    由于声发射源到各传感器的路径传递函数未知,因此对上述公式做了改进,在公式两边同时乘以,得到:
           (4)
    由于已经是经过时间反转后的聚焦信号,各个传感器接收到该信号后再次聚焦,因此信号的信噪比会大大提高;式中为第i个传感器接收到声源信号的时间反转信号,为第i个传感器接收到的声源信号,为第j个传感器接收到的声源信号;因此,可以认为是信号“”作为声源信号的时间反转增强信号;经过上述处理,上述信号全部为传感器直接接收的声源信号及其变换信号,因此计算过程和难度将被大大的简化,而且由于“”与声源信号具有相同的频域特征,因此也不会对传播速度等因素有影响;
    通过圆弧定位方法对数据处理并成像显示定位结果:将采集到的信号数据导入数据处理软件中,按照上一步中的方法编程得出每个传感器所对应的信号,再把这几个信号在聚焦时刻的波动图以圆弧形式显示出来,实现对声发射源的定位结果可视化。

    3.  根据权利要求1所述的基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法,其特征是实验采用的被检测材料为长360mm、宽240mm、厚度12mm的钢制板材。

    说明书

    说明书一种基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法
    技术领域
    本发明涉及利用时间反转对声发射源进行准确定位,是属于超声无损检测范围的一种新的声发射源定位方法。
    背景技术
    声发射是指材料在外力或者内力的作用下,其中某一局部源会迅速释放出能量而产生瞬态弹性波的一种现象。这种弹性波会包含该局部源的一些性质并传播到材料表面,放置在材料表面的声发射传感器能够扑捉到这些信息。而且根据所采集到信号的一些特点以及施加的外部条件,不仅可以了解缺陷现状,还能够了解这个缺陷之前的形成状况,甚至判断在之后的使用中发展的趋势,这一点也是其它无损检测方法难以做到的,所以用声发射技术可以判断缺陷的活动性和严重性。
    在声发射技术中,声源的信号通常都比较微弱,而且信号本身也具有多样性、突发性以及不确定性。要利用声发射技术之前,这些弱点还需要得到克服,如声发射由于是动态检测,很容易受到各种噪声的干扰,自身特性对材料也比较敏感,而且声波在结构中的传播过程也比较复杂,衰减、反射、模式转换都会使传感器接收到的信号与声发射源发出的初始信号存在很大的不同,导致声发射源识别的困难。在以往的很多情况中,利用声发射技术对材料检测和监测时,人们所感兴趣的声发射信号可能远远小于外部干扰的噪声,加上声发射源到传感器之间的传播路径、传感器本身的特性和声发射检测系统本身等多种因素的影响,最后接收到的声发射信号往往是非常复杂而又杂乱的多模式波与噪声的混叠。
    声发射源的定位方法主要有时差法和区域法,但这两种方法都有着其局限性。时差定位虽然比较精确,但也相对复杂,而且容易丢失很多比较低能量的信号,定位的效果也会被波速、波形、衰减以及构件的几何形状等因素影响,因而在实际中往往得到的结果也不太满意,同时也受到很多限制。区域定位虽然处理速度快,但是定位效果却比较差,定位出来的是一片区域,准确性不够,而且一般是在要求不高或者时差法较难应用的情况下使用。
    时间反转的优势是不需要先了解传播介质和传感器自身性质,就可以针对声波达到自适应聚焦和检测的一种方法。正是由于它的这一特点,使得时间反转在超声聚焦以及检测中得到了极大的发展和广泛的应用,也被越来越多的人们所重视和关注。法国科学家马蒂亚斯芬克是最早把时间反转理论从光学领域引用到声学领域的人,同时和他的研究团队开展了大量的理论探讨与实验研究;研究水下物理的美国加州圣地亚哥大学比尔库伯曼等人,利用真实的海洋环境,将时间反转应用在水下通信领域中,通过应用研究以及实验使得时间反转方法在水下通信和声纳技术中都得到了应用。在国内,对时间反转方法的应用研究相对较少,较早研究该方法的当属中国科学院声学研究所,研究所的汪承灏等人在固体中的自适应聚焦验证工作中对时间反转理论进行了引用,取得了一定的应用成果。
    发明内容
    本发明的目的是:针对声发射源定位传统方法的局限性,提出一种新的基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法,引入了时间反转的聚焦增强功能,利用信号与系统的描述方法将信号在介质中的传播和接收过程通过公式描述出来,推导出时间反转加载后各传感器再次接收到的时反信号,并通过变换处理后,声发射源反射位置可以得到增强,从而提高信噪比,提高声发射源定位的准确性和可靠性。
    本发明的技术方案:利用声发射检测系统进行检测,被检测材料可以为不规则物体,实验采用了长360mm、宽240mm、厚度12mm的钢制板材进行实验。实验时将仪器参数设置好,将传感器按照对称布置在检测区域表面。利用铅笔断芯的方式在板材上模拟一个声发射信号,该信号在板材中以声波的方式传播到传感器处并被传感器接收,将接收到的信号提取出来,利用改进的时间反转方法处理这些信号并达到准确定位的效果;
    利用改进的时间反转达到增强信号信噪比的效果:假设声发射源处发出的信号为                                                ,第i个传感器接收到的信号为,令从声源处到第i个传感器的传递函数为,这里的传递函数也包括压电元件的机电耦合系数。那么和有如下的关系:
                               (1)
    将进行时间反转并在各自传感器加载,使得激发出去的这些信号能够在声源处实现时间和空间上的聚焦。时间反转处理就是在频域里做相共轭运算,推导出此时在声源处得到的信号:
                        (2)
    式中其实就是对声源信号的时间反转聚焦的一个叠加,所以信号的波峰幅值能够得到一个增强。传播到各个传感器的信号可表达为:
                (3)
    由于传递函数并不知道,求取也有一定的困难,对上述公式做了一定的改进,在公式两边同时乘以,得到:
           (4)
    由于已经是经过时间反转后的聚焦信号,各个传感器接收到该信号后再次聚焦,因此信号的信噪比会大大提高。式中为第i个传感器接收到声源信号的时间反转信号,为第i个传感器接收到的声源信号,为第j个传感器接收到的声源信号。因此,可以认为是信号“”作为声源信号的时间反转增强信号。经过上述处理,上述信号全部为传感器直接接收的声源信号及其变换信号,因此计算过程和难度将被大大的简化,而且由于“”与声源信号具有相同的频域特征,因此也不会对传播速度等因素有影响。
    通过圆弧定位方法对数据处理并成像显示定位效果:将采集到的信号数据导入数据处理软件中,按照上一步中的方法编程得出每个传感器所对应的信号,再把这几个信号在聚焦时刻的波动图以圆弧形式显示出来,实现对声发射源的定位结果可视化。
    本发明与现有技术相比具有的特点是:利用时间反转聚焦进行定位,同时改进了时间反转方法,使得声发射信号原本较低的信噪比得到提高,能够提高定位的准确性和可靠性。而且在此基础上深入研究,不仅能够知道声发射源的位置,还能知道声发射源的大小。同时该方法也不需要先了解被检测材料和传感器自身性质。为声发射检测开辟了新的检测思路。
    附图说明
    图1为在检测区域传感器S1-S4分布位置及模拟缺陷位置。
    图2为本发明中传感器所采集到的声发射信号。
    图3为对采集到的信号按照公式(4)处理后的波形。
    图4为单个传感器S1加载时的包络以及全部加载时的总包络。
    图5为单个传感器S2加载时的包络以及全部加载时的总包络。
    图6为单个传感器S3加载时的包络以及全部加载时的总包络。
    图7为单个传感器S4加载时的包络以及全部加载时的总包络。
    图8为定位效果成像图。
    图9为阈值化后的定位成像图。
    具体实施方式
    为了便于理解,下面结合附图和实施例对本发明予以进一步说明。
    对于此发明的有效性以及可行性,我们进行了实验验证。实验采用了长360mm、宽240mm、厚度为12mm的钢板,四个传感器按照图1所示对称布置在检测区域周围,从最左边开始逆时针对传感器进行编号,分别为S1、S2、S3、S4,使用铅笔断芯的方式模拟声发射信号,声发射源坐标为(-3,-13)。各传感器采集到的声发射信号如图2所示,由于板中传播的是循轨波,取其中最前面的波包作为声发射源信号来处理。将这些信号归一化后按照公式(4)来处理,得到的新的信号如图3所示。时间反转在频域是取共轭运算,在时域做卷积处理,处理后的幅值和时间长度都产生了变化,通过求取这些信号的包络可以实现成像,包络如图4到图7。在图4到图7中,除了幅值最大的那条总包络,还能看到另外4条包络,这4条包络为单个传感器加载时反信号再次散射回来接收到的信号包络,而总包络则是由所有单个传感器包络的叠加得到??梢钥闯?,由于多个传感器的聚焦使得声发射源幅值进一步增强,信噪比也得到了很大提高。用这些包络信号用圆弧方法进行成像处理,处理的结果如图8所示,图8为灰度图像,颜色越深的地方代表幅值越大,最深的地方就是声发射源信号。为了使得更加直观地观看定位效果,对图7进行90%阈值化处理,处理后的图像如图9所示,图中阴影处就是声发射源的位置,中心位置就是声发射源的准确定位点,读取坐标为(-2,-11),误差约为1.4%。

    关于本文
    本文标题:一种基于时间反转聚焦技术的声发射源定位方法.pdf
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