[发明专利]一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及声发射信号处理技术，尤其涉及一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像方法和装置。

背景技术

声发射又称为应力波发射，是材料或零部件受外力作用产生变形、断裂或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段，以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。在内部环境下，金属结构疲劳裂纹的萌生和扩展、复合材料中的纤维断裂、界面破坏、纤维拉出等会产生声发射，在外部环境下，结构被撞击诱发应力波的现象也被归类为声发射。

随着对结构安全性和可靠性要求的日益提高，结构健康监测逐渐受到重视，它具有主动和被动两种实现方式。声发射监测技术属于被动的结构健康监测方法。该监测技术由无损检测中经典的声发射检测技术发展而来，已广泛地应用在石油化工、电力工业、航天和航空工业等领域，其中，声发射监测的重要功能是确定声发射源的位置，称为源定位或声发射定位。声发射定位对于结构损伤的实时监测和撞击后复合材料结构状态的评估具有十分重要的意义。

现有技术中，声发射的定位方法有很多种，例如，基于声发射信号波达时间的声发射几何定位法、基于系统识别的声反射定位方法和能量加权定位法。其中，基于声发射信号波达时间的声发射几何定位法需要具体确定声发射信号的波达时间，在实际应用中，定位结果的准确性容易受到环境噪声、声发射信号传播中的频散效应、能量衰减和其它信号反射等因素影响；基于系统识别的声反射定位方法需要事先确定模型参数，对先验数据依赖性较大；能量加权定位法在应用前为了保证定位结果的准确性，需要进行传感器性能校准。

最近，研究者们基于时间反转理论提出了多种声发射定位方法，可分为两种实现方式。第一种方式利用时间反转的信号重构过程来定位声发射源，但在定位前要进行大量实验测量被测结构各点的传递函数，实现过程复杂；第二种方式通过时间反转聚焦成像实现定位，在成像中需要针对各个像素点对所有声发射信号进行时间反转聚焦处理，计算量较大。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像方法和装置，以解决现有技术中的缺陷。

本发明提供了一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像方法，包括：

接收设置在待测结构上的n个压电片采集的n个声发射信号，其中，n为大于或等于3的整数；

对所述声发射信号进行虚拟时间反转处理，以得到反转信号；

提取所述反转信号的包络线信号；

根据所述包络线信号进行成像处理，以得到峰值像素点位置，作为所述待测结构的声发射源位置。

本发明提供了一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像装置，包括：

信号接收模块，用于接收设置在待测结构上的n个压电片采集的n个声发射信号，其中，n为大于或等于3的整数；

信号反转模块，用于对所述声发射信号进行虚拟时间反转处理，以得到反转信号；

包络线提取模块，用于提取所述反转信号的包络线信号；

信号成像模块，用于根据所述包络线信号进行成像处理，以得到峰值像素点位置，作为所述待测结构的声发射源位置。

本发明提供的一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像方法和装置，通过虚拟时间反转处理，具有如下技术效果：(1)可对结构损伤和外部撞击引起的声发射事件进行被动成像定位，而无需具体确定声发射信号的波达时间，便于实现；(2)把声发射信号中与单个压电片相关的不确定的绝对波达时间，转换为与两个压电片相关的确定的波达时间差，便于实现高精度快速成像定位；(3)无需校准压电传感器性能，对先验数据依赖性低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种基于虚拟时间反转的声发射被动成像装置的结构示意图；

图3(a)为本发明实施例三碳纤维复合材料板上的压电片和冲击源的分布示意图；

图3(b)为本发明实施例三碳纤维复合材料板上的压电片P₅采集的声发射信号v₅(t)的波形图；

图3(c)为本发明实施例三碳纤维复合材料板上的压电片P₆采集的声发射信号v₆(t)的波形图；