[發(fā)明專利]一種碳纖維增強鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510043811.4
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104614448B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉哲軍;葛麗;伍頌;程茶園
• 申請（專利權(quán)）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: G01N29/36
• 分類號: G01N29/36;G01N29/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維增強鋁合金內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是聲發(fā)射參數(shù)檢測分析技術(shù)。

背景技術(shù)

碳纖維增強鋁合金內(nèi)襯復(fù)合氣瓶是運載火箭、衛(wèi)星、飛船等航天飛行器發(fā)動機系統(tǒng)的重要動力源之一，具有數(shù)量多、壓力高、質(zhì)量輕、比強度高、設(shè)計安全系數(shù)小、工作環(huán)境惡劣等特點。其質(zhì)量與可靠性直接影響飛行器的安全與壽命，是航天飛行器的關(guān)鍵件、重要件。

自緊壓力聲發(fā)射檢測試驗是復(fù)合氣瓶強度質(zhì)量考核的關(guān)鍵步驟之一。自緊壓力下復(fù)合層宏觀最大承力接近纖維斷裂強度的60％左右，因此氣瓶復(fù)合層會發(fā)生以層間損傷為主、混合了大量基材開裂、界面摩擦和少量纖維斷裂的損傷。損傷聲發(fā)射信號會從加壓開始一直持續(xù)到加壓結(jié)束。據(jù)統(tǒng)計八個檢測通道對復(fù)合氣瓶進行聲發(fā)射檢測，采集的聲發(fā)射信號一般在50萬個左右，最大數(shù)據(jù)率超過5000個/s。因此復(fù)合氣瓶的聲發(fā)射具有信號數(shù)量多、強度大、頻度高等特點。

實現(xiàn)復(fù)合氣瓶聲發(fā)射檢測的關(guān)鍵之一就是如何對聲發(fā)射信號進行有效地處理以得到與氣瓶損傷相關(guān)的聲發(fā)射特征信號。信號處理的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)濾波，即如何從數(shù)十萬原始聲發(fā)射信號中將絕大部分無意義信號進行有效濾除。

傳統(tǒng)的復(fù)合氣瓶檢測方法是設(shè)置低靈敏度固定檢測門檻、多通道區(qū)域定位進行數(shù)據(jù)采集。然后再進行宏觀趨勢統(tǒng)計分析，重點觀察保壓過程聲發(fā)射計數(shù)的變化趨勢以及不同通道聲發(fā)射信號的分布狀況。因此傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法僅能給出聲發(fā)射集中的通道信息、保壓聲發(fā)射收斂狀況等簡單結(jié)果，不能明確給出與復(fù)合氣瓶損傷的聲發(fā)射信息。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的主要缺點是：(1)因受到大量結(jié)構(gòu)噪聲的干擾而不能有效發(fā)現(xiàn)氣瓶的嚴(yán)重?fù)p傷信息，也不能給出損傷在復(fù)合氣瓶上的準(zhǔn)確定位信息；(2)數(shù)據(jù)量大，分析效率低，錯檢率高；(4)趨勢分析不能提供復(fù)合氣瓶剩余強度和批次質(zhì)量差異信息。這對復(fù)合氣瓶后續(xù)安全可靠使用的保障作用十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳纖維增強鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，本發(fā)明通過對原始信號進行多重數(shù)據(jù)濾波，實現(xiàn)聲發(fā)特征信號的高效提取，大大減少了數(shù)據(jù)分析的工作量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種碳纖維增強鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，包括步驟如下：

(1)對聲發(fā)射信號進行空間濾波，將定位于復(fù)合氣瓶管口處的聲發(fā)射信號濾除；

(2)對步驟(1)空間濾波保留的聲發(fā)射信號進行幅度濾波，將不大于70dB的信號全部刪除；

(3)對步驟(2)幅度濾波保留的聲發(fā)射信號再進行能量濾波，將信號能量不大于100的信號濾除；

(4)對步驟(3)能量濾波保留的聲發(fā)射信號再進行多重濾波：將不小于80％自緊壓力下產(chǎn)生的持續(xù)時間不大于3000μs且平均頻率低于65KHz的聲發(fā)射信號濾除；

(5)保留步驟(4)最終得到的聲發(fā)射信號，即是復(fù)合氣瓶聲發(fā)射特征信號。

空間濾波包括如下步驟：

(1a)設(shè)置柱形平面定位模式：設(shè)置聲速為4500m/s、閉鎖距離為1000mm，過定位距離為50mm、衰減量為35dB；

(1b)在復(fù)合氣瓶外表面按照相鄰傳感器間距不大于450mm，間隔分層布置傳感器以及在復(fù)合氣瓶上下管口處布置傳感器，上管口傳感器編號為a、下管口傳感器編號為b；

(1c)將與傳感器a的時差大于50μs的聲發(fā)射信號濾除；

(1d)對步驟(3)保留的聲發(fā)射信號中與傳感器b的時差大于50μs的聲發(fā)射信號濾除。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明基于復(fù)合氣瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種柱形平面時差定位陣列，這種定位方式可以給出與損傷相關(guān)的聲發(fā)射信號在復(fù)合氣瓶上的準(zhǔn)確位置，其最大偏差不大于8％傳感器間距。相比現(xiàn)有技術(shù)僅能提供信號所在通道的位置信息(其定位偏差為傳感器間距)，大大提高了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

(2)本發(fā)明設(shè)計的多重數(shù)據(jù)濾波條件，是充分考慮了復(fù)合氣瓶壓力試驗過程聲發(fā)射機制、干擾和噪聲來源以及損傷類型的聲發(fā)射特點等綜合確定的。可以將氣瓶管口的摩擦信號、復(fù)合層已有損傷部位的摩擦信號、應(yīng)力釋放等無意義信號通過多參數(shù)綜合濾波而濾除。可將待分析聲發(fā)射信號從幾十萬減少到幾百個，數(shù)據(jù)分析工作量減少為原有技術(shù)分析工作的0.5％左右。