[發明專利]一種低頻結合高頻二次波束形成定位方法

有效

• 申請號: 202111488901.6
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114166339B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 柳小勤;陳邦杰
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01S5/22
• 代理公司: 昆明隆合知識產權代理事務所(普通合伙) 53220
• 代理人: 何嬌

本發明涉及一種低頻結合高頻二次波束形成定位方法，屬于機械設備狀態監測及故障診斷技術領域。本發明包括：通過各聲發射傳感器采集待測結構損傷時發出的聲發射信號；通過主瓣、旁瓣影響因子與最大旁瓣級來確定傳感器直線陣列對應的高低兩種最優頻帶；信號通過包絡降頻使其頻率范圍滿足定位最優低頻帶，再通過聲發射波束形成算法進行低頻定位后再確定主瓣范圍；信號通過濾波使其頻率范圍滿足定位最優高頻帶，再通過聲發射波束形成算法，在已確定的主瓣范圍內進行二次波束形成定位，最終波束形成輸出值的最大值對應的位置即為聲源的定位結果；本表明的定位方法可以避免旁瓣對定位精度的影響，改善直線陣列垂直于陣列方向定位分辨率較低的問題。

技術領域

本發明涉及一種低頻結合高頻二次波束形成定位方法，屬于機械設備狀態監測及故障診斷技術領域。

背景技術

平面構件廣泛應用在各種機械設備，若出現故障會影響機械設備的正常運行。聲發射檢測主要包括三個方面:分析聲發射源性質、評估聲發射源的嚴重程度、準確確定聲發射源位置，聲發射技術的核心問題是聲發射源定位。聲源定位使用用直線陣列、十字陣列、圓形陣列、三角陣列等。從幾何上看都可以視為直線陣列的延伸，對于聲發射定位最常用的直線陣列一直存在垂直于陣列方向的定位分辨率較低的問題，同時定位產生的旁瓣對定位有一定影響。

發明內容

本發明提供了一種低頻結合高頻二次波束形成定位方法，以用于解決聲發射定位常用的直線陣列垂直于陣列方向定位分辨率較低的問題，有效地用于平面構件聲發射源定位。

本發明的技術方案是：一種低頻結合高頻二次波束形成定位方法，所述方法包括：

S1、通過各聲發射傳感器采集待測結構損傷時發出的聲發射信號；

S2、通過主瓣、旁瓣影響因子與最大旁瓣級來確定傳感器直線陣列對應的高低兩種最優頻帶；

S3、信號通過包絡降頻使其頻率范圍滿足定位最優低頻帶，再通過聲發射波束形成算法進行低頻定位后再確定主瓣范圍；

S4、信號通過濾波使其頻率范圍滿足定位最優高頻帶，再通過聲發射波束形成算法，在已確定的主瓣范圍內進行二次波束形成定位，最終波束形成輸出值的最大值對應的位置即為聲源的定位結果。

作為本發明的進一步方案，分析陣列不同頻率信號對應的主瓣寬度參數Res1，旁瓣寬度參數Res2與最大旁瓣級MSL，選取傳感器直線陣列定位最優的高頻帶和低頻帶。

作為本發明的進一步方案，所述S2中包括：

引入波束形成主瓣、旁瓣寬度的參數Res來衡量空間分辨率和定位精度，對于線性陣列波束形成的主瓣、旁瓣寬度，各自分為橫向寬度Resh與縱向寬度Resz，通過公式計算不同頻率的信號對應的波束形成定位主瓣寬度參數Res1與旁瓣寬度參數Res2；

其中R_h表示為波束形成輸出結果最大值衰減20％對應的主瓣橫向寬度，Rz表示為波束形成輸出結果最大值衰減20％對應的主瓣縱向寬度，L_hint表示為波束形成算法中設置掃描網格的橫向最小間距，L_zint表示為波束形成算法中設置掃描網格的縱向最小間距；

通過公式計算不同頻率信號對應的最大旁瓣級MSL；通過分析主瓣寬度參數Res1，旁瓣寬度參數Res2與最大旁瓣級MSL，選取傳感器直線陣列定位最優的高頻帶和低頻帶；

選取的具體方法如下所示：

S2.1、當信號頻率低，在某一頻率區間波束形成定位沒有旁瓣時，旁瓣寬度參數Res2為0，選取此頻率區間為定位最優的低頻帶；