[發明專利]基于板狀結構氣體泄漏聲發射特征的泄漏源定位方法及系統

在審

• 申請號: 202110667625.3
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113405736A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 辛鋒先;魯德鎬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M3/24
• 分類號: G01M3/24;G06F17/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種基于板狀結構氣體泄漏聲發射特征的泄漏源定位方法及系統，采集氣體泄露引起的在板狀結構表面傳播的振動泄露聲時域信號；然后基于泄露聲發射信號的特征，對泄漏聲時域信號進行預處理；提取截取時域內的有效信號，盡可能去除噪聲與干擾信號；再將有效信號作為環繞型傳感器陣列MUSIC算法的信號輸入，其他輸入參數通過預處理方法獲得。最終得到傳感器陣列對泄露源的定向結果；利用傳感器陣列的相對位置與定向結果，定位公式確定泄露源相對傳感器陣列的距離。本發明有效增加泄露點的定位準確度，實現漏點的自動檢測和精確定位，提高了泄露定位的準確性，進一步提高泄露源定位準確性。

技術領域

本發明屬于氣體泄露檢測技術領域，具體涉及一種基于板狀結構氣體泄漏聲發射特征的泄漏源定位方法及系統。

背景技術

隨著航天技術的發展和航天碎片的增加，航天器健康監測成為研究的熱點。一旦航天器表面遭受撞擊或者腐蝕，結構表面便會產生氣體泄露，進而影響航天器結構強度，降低安全系數，增加安全隱患和經濟損失等等。由泄露導致的航天器結構問題、宇航員人生安全問題比比皆是。而航天器結構表面大多為薄板狀結構，這就對板狀結構表面上的泄露檢測技術提出了要求。在泄露發生后，需要給出在航天器結構表面上的泄露點位置，方便實時針對設備進行維修。

目前，聲發射泄露定位技術尚未研究成熟，主要有以下難點：

一、泄露信號為連續型聲發射時域信號，沒有明顯的信號特征可以提取，傳統的時間差定位方法難以應用；

二、泄露聲信號在結構中以非線性頻散的蘭姆波形式傳播，不同頻率下傳播速度不同，進一步增大的定位難度；

三、泄露信號遇到壁類結構產生的反射，透射會對定位結果產生干擾，需要較好的信號處理方法；

四、針對單泄露源的定位方法研究較多，而針對于多泄露源下的定位方法研究尚且不足，精度較差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于板狀結構氣體泄漏聲發射特征的泄漏源定位方法及系統，能夠對板狀結構上氣體泄露點進行定位檢測，并在單個泄露源和多個泄露源下均有良好的定位效果。

本發明采用以下技術方案：

基于板狀結構氣體泄漏聲發射特征的泄漏源定位方法，包括以下步驟：

S1、采集板狀結構表面振動位移作為泄露信號，將泄露信號轉換得到聲時域信號

S2、對步驟S1得到的時域信號進行信號預處理，得到第二有效信號段；

S3、將步驟S2預處理后得到的第二有效信號段作為由n個傳感器組成的環繞型傳感器陣列上MUSIC算法的信號輸入，構造基于陣列方位角掃描的空間譜函數P(θ)，將滿足空間譜函數P(θ)最大值的角度作為傳感器陣列中心相對泄露源的方向角θ；

S4、以傳感器陣列中心為原點，以傳感器陣列所在平面為x，y軸平面建立二維坐標系，以傳感器陣列中心在二維坐標系中的坐標和步驟S3得到的方向角構建多個直線，對構建的直線相交點進行K-均值聚類，得到預估的泄露源位置，實現泄漏源定位。

具體的，步驟S1中，利用超聲波傳感器環繞型陣列采集表面振動位移作為泄露信號，將泄露信號轉換為電信號，對電信號進行濾波放大，模數轉換后得到輸入電腦的數字信號，作為泄露聲時域信號x(t)。

具體的，步驟S2具體為：

S201、截取一段聲時域信號中的穩定信號進行快速傅里葉變換，將固定頻率內信號頻域中最大處的幅值對應的頻率作為目標頻率，；

S202、利用小波基對聲時域信號進行小波包n層分解后，選取包含步驟S201得到的目標頻率的信號段作為第一有效信號段；對第一有效信號段進行希爾伯特-黃變換，選取希爾伯特黃變換的第一個分解模態信號作為第二有效信號段。