[发明专利]一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法

权利要求书

1.一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.通过自动铅笔在被测板材中心位置进行断铅实验，测量各个方向的波速分布情况，建立波速-方向曲线；

b.根据波速-方向曲线，确定用于泄漏定位的传感器阵列参数；

c.在指定方向进行声源定向实验，并通过阵列进行定向，根据定向的误差，对波速-方向曲线进行修正；

d.搭建泄漏定位检测系统，用传感器阵列采集泄漏信号；

e.通过单个传感器阵列，使用基于各向异性材料波速-方向曲线的波束形成定向方法，对泄漏源进行定向；

f.通过两个传感器阵列，通过三角法对泄漏源进行最后定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述a步骤中的波速测量的流程为：

断铅信号在制定位置产生时，定义被测板横向为0°方向，设为x轴正向；纵向为90°方向，设为y轴正向，在同一方向放置两个传感器，传感器的间距为30cm，每隔10°进行波速测量，测量结束后可获得波速数组V(θ)：

为进一步提高精度，通过插值的方法对V(θ)进行拟合，可得波速与角度的函数：v＝f(θ)。

3.根据权利要求2所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述b步骤中的传感器阵列参数计算方法为：

根据波速与角度的函数v＝f(θ)，以O点为基准点，每10°放置一个传感器，传感器与基准点的间距l_i(θ_i)与波速v(θ_i)的关系为：

对l_i(θ_i)进行拟合，可得阵元与基准点距离与角度的分布函数：l＝h(θ)，对每个阵列共铺设10个传感器，涵盖0°-90°方向。

4.根据权利要求3所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述c步骤中的波速修正流程为：

在指定方法产生泄漏声信号，使传感器阵列与其分别成角0°-90°时进行泄漏实验，每隔10°进行实验，并进行定向处理，获得对应的能量函数B(θ)：

B(θ)＝∫g⁴(t,θ)dt

根据能量函数可以推导得到对应的g(t,θ)函数，并能够推导出对应的延时Δt，根据延时公式，可以推导出对应的推导波速函数V’(θ)，根据推导波速函数对波速-方向曲线进行修正补偿，得到修正后的波速-方向曲线v＝f’(θ)。

5.根据权利要求4所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述d步骤的实验检测系统包括被测试复合材料结构、传感器夹具、阵列传感器、信号放大器、信号采集卡以及PC机，其中传感器夹具根据步骤b确定的传感器阵列参数通过3D打印进行设计制作。

6.根据权利要求5所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述d步骤中的泄漏信号采集流程为：

将传感器阵列通过耦合剂粘贴到被检结构表面，利用传感器阵列对泄漏信号进行采集，信号通过电压放大器进行放大，并通过采集设备进行采集，数据保存至PC。

7.根据权利要求6所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述e步骤中改进的波束形成方法流程为：

假设声源方向为θ，第n个传感器阵元信号的时延表示为：

其中，V(θ)为波速分布函数，d_n为相对距离:

信号将通过延时叠加而集中能量，叠加后信号：

信号能量可以通过对叠加信号进行时域平方和积分得到，通过扫描所有角度，可得到一个关于角度的能量函数B(θ)：

B(θ)＝∫g⁴(t,θ)dt

B(θ)能量函数的峰值所对应的θ角度即为该阵列传感器所求泄漏定向结果。

8.根据权利要求7所述的一种基于波速修正的航天器复材结构泄漏定位方法，其特征在于，所述f步骤中改进的波束形成方法流程为：

当两个阵列传感器对泄漏源进行定位时，泄漏源与定向角度的关系为：

其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₂)分别为传感器阵列1、2参考传感器的坐标，L为两个阵列传感器基准点距离，θ₁、θ₂分别为传感器阵列1、2的定向角度，(x,y)为定位泄漏源的坐标，求解公式可得泄漏源位置(x,y)，完成泄漏定位。