[發明專利]一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像方法和裝置

有效

• 申請號: 201410147838.3
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN104181235B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 蔡建;卿新林;高麗敏
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心;中國商用飛機有限責任公司
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 胡彬,鄧猛烈

技術領域

本發明涉及聲發射信號處理技術，尤其涉及一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像方法和裝置。

背景技術

聲發射又稱為應力波發射，是材料或零部件受外力作用產生變形、斷裂或內部應力超過屈服極限而進入不可逆的塑性變形階段，以瞬態彈性波形式釋放應變能的現象。在內部環境下，金屬結構疲勞裂紋的萌生和擴展、復合材料中的纖維斷裂、界面破壞、纖維拉出等會產生聲發射，在外部環境下，結構被撞擊誘發應力波的現象也被歸類為聲發射。

隨著對結構安全性和可靠性要求的日益提高，結構健康監測逐漸受到重視，它具有主動和被動兩種實現方式。聲發射監測技術屬于被動的結構健康監測方法。該監測技術由無損檢測中經典的聲發射檢測技術發展而來，已廣泛地應用在石油化工、電力工業、航天和航空工業等領域，其中，聲發射監測的重要功能是確定聲發射源的位置，稱為源定位或聲發射定位。聲發射定位對于結構損傷的實時監測和撞擊后復合材料結構狀態的評估具有十分重要的意義。

現有技術中，聲發射的定位方法有很多種，例如，基于聲發射信號波達時間的聲發射幾何定位法、基于系統識別的聲反射定位方法和能量加權定位法。其中，基于聲發射信號波達時間的聲發射幾何定位法需要具體確定聲發射信號的波達時間，在實際應用中，定位結果的準確性容易受到環境噪聲、聲發射信號傳播中的頻散效應、能量衰減和其它信號反射等因素影響；基于系統識別的聲反射定位方法需要事先確定模型參數，對先驗數據依賴性較大；能量加權定位法在應用前為了保證定位結果的準確性，需要進行傳感器性能校準。

最近，研究者們基于時間反轉理論提出了多種聲發射定位方法，可分為兩種實現方式。第一種方式利用時間反轉的信號重構過程來定位聲發射源，但在定位前要進行大量實驗測量被測結構各點的傳遞函數，實現過程復雜；第二種方式通過時間反轉聚焦成像實現定位，在成像中需要針對各個像素點對所有聲發射信號進行時間反轉聚焦處理，計算量較大。

發明內容

本發明針對上述技術問題，提供了一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像方法和裝置，以解決現有技術中的缺陷。

本發明提供了一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像方法，包括：

接收設置在待測結構上的n個壓電片采集的n個聲發射信號，其中，n為大于或等于3的整數；

對所述聲發射信號進行虛擬時間反轉處理，以得到反轉信號；

提取所述反轉信號的包絡線信號；

根據所述包絡線信號進行成像處理，以得到峰值像素點位置，作為所述待測結構的聲發射源位置。

本發明提供了一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像裝置，包括：

信號接收模塊，用于接收設置在待測結構上的n個壓電片采集的n個聲發射信號，其中，n為大于或等于3的整數；

信號反轉模塊，用于對所述聲發射信號進行虛擬時間反轉處理，以得到反轉信號；

包絡線提取模塊，用于提取所述反轉信號的包絡線信號；

信號成像模塊，用于根據所述包絡線信號進行成像處理，以得到峰值像素點位置，作為所述待測結構的聲發射源位置。

本發明提供的一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像方法和裝置，通過虛擬時間反轉處理，具有如下技術效果：(1)可對結構損傷和外部撞擊引起的聲發射事件進行被動成像定位，而無需具體確定聲發射信號的波達時間，便于實現；(2)把聲發射信號中與單個壓電片相關的不確定的絕對波達時間，轉換為與兩個壓電片相關的確定的波達時間差，便于實現高精度快速成像定位；(3)無需校準壓電傳感器性能，對先驗數據依賴性低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像方法的流程圖；

圖2為本發明實施例二提供的一種基于虛擬時間反轉的聲發射被動成像裝置的結構示意圖；

圖3(a)為本發明實施例三碳纖維復合材料板上的壓電片和沖擊源的分布示意圖；

圖3(b)為本發明實施例三碳纖維復合材料板上的壓電片P₅采集的聲發射信號v₅(t)的波形圖；

圖3(c)為本發明實施例三碳纖維復合材料板上的壓電片P₆采集的聲發射信號v₆(t)的波形圖；