近场子空间聚焦的碰摩故障声发射定位方法

针对宽带多源声发射信号的相干、多模态和能量衰减快问题,提出一种近场多重相干信号子空间聚焦的定位算法用于碰摩故障声发射源的定位检测。首先,为滤除干扰模态波、减小频散效应,采用基于模态声发射传播特性分析的小波分解滤波方法,从碰摩初期的声发射信号中获取零阶模态波及波速用于定位计算;其次,为实现信号解相干,提出基于双边相关变换(TCT)的近场聚焦矩阵估计方法;最后,针对声发射信号的能量衰减快问题,利用近场基于特征分解的多重信号分类(N-MUSIC)的空间谱估计方法来实现声源的精确定位。理论分析和实验结果表明:该方法定位精度高、计算复杂度低、稳定性强,能有效识别多个相干碰摩声源。相比传统相干子空间算法(CSM),该方法减少了信号初值和聚焦频点的计算量,对双声源的分辨概率较现有修正近场多重信号分类算法提高了17%,是一种有效的碰摩故障源检测方法。      

混凝土声发射信号源定位精度的细观模型计算分析*

混凝土内部在断裂时会产生相应的声发射信号,通过这一信号,混凝土内部损伤断裂区域可以被定位。然而,混凝土是一种多相非均匀材料,而声发射定位算法是基于均匀介质假设进行计算的,因此采用该算法对其定位会产生一定的误差,有必要从细观的角度研究混凝土非均匀性对定位精度的影响。本文基于随机骨料模型以及时差定位算法（基于遗传算法）,建立了一种用于估计混凝土声发射定位误差的定量估算模型。本文采用该模型定量估算分析了混凝土细观组分对其声速的影响,并在该分析结构的基础上继续分析了骨料含量以及声速取值偏差对定位精度的影响。     

基于光纤光栅的冲击激励声发射响应机理与定位方法研究

在对冲击激励声发射应力波在铝合金板上的传播机理进行分析的基础上,利用ABAQUS软件构建了钢球冲击铝合金板几何模型,仿真分析了冲击应力波传播过程.理论分析了冲击应力波与FBG传感器的作用机理,基于边缘滤波原理构建了声发射传感系统,采集冲击激励声发射应力波,建立了声发射区域定位模型,提出了基于扩散映射与支持向量机(SVM)的声发射区域定位方法并进行了实验验证.在300 mm×300 mm×2 mm的铝合金板上对36个测试区域进行了多次声发射区域定位实验,实验结果表明,扩散映射结合SVM的定位结果较优,区域定位精度为30 mm×30 mm,定位正确率为97.5%,耗时0.781 s.研究结果为声发射区域定位检测提供了一种有效方法.     

声发射衰减特性管道泄漏定位方法

声发射技术具有灵敏度高、实时性强、覆盖范围大等优点.泄漏产生的声发射波沿管壁传播会发生衰减,通过研究衰减系数与金属晶粒散射和热流损失的关系,建立准确的声发射能量衰减模型.在此基础上,针对声发射频带宽的特点对传统衰减定位模型进行改进,提出宽频带声发射源定位模型,该方法先通过实验确定泄漏信号频带,再将滤波后的信号经过小波包...     

蒸养再生骨料混凝土断裂声发射特征*

为研究蒸汽养护对再生骨料混凝土断裂过程损伤特征的影响,开展了再生骨料混凝土三点弯断裂试验,并采用声发射技术对损伤过程进行了监测分析。结果表明,蒸养降低了再生骨料混凝土断裂峰值荷载,断裂过程中声发射信号强度低于标准养护试件。声发射振铃计数、撞击数、b值等参数能够准确反映再生骨料混凝土断裂过程损伤演变规律。加载上升阶段,声发射信号活动性很低,试件内以微裂纹的形成为主,加载至荷载峰值,声发射振铃计数累计值增长呈现平缓阶段,混凝土内微裂缝的聚合会持续一段时间。峰值后荷载迅速降低阶段声发射信号最活跃,为裂缝迅速发展的过程。峰后荷载缓慢降低的过程,声发射信号活跃性降低,裂缝扩展至试件顶部区域,主要是宏观裂缝的开展,不再产生新的裂缝。     

正交异性钢桥面板声发射波三维谱元法模拟及损伤定位*

针对大跨度桥梁正交异性钢桥面板的疲劳损伤评估与结构健康监测需求,开展基于声发射波场谱元法模拟的大型复杂板类结构损伤定位研究。采用Legendre高阶插值三维时域谱元法模拟声发射波在正交异性钢桥面板中的传播过程,验证了其内部显著的反射、衍射和频散现象,并代替人工预断铅实测试验获得大量声发射数据。然后,利用赤池信息准则判定声发射波到达各传感器的时间,通过高斯过程回归建立到达时差与声发射源位置的关系模型,用于未知损伤的定位监测。数值模型实验结果表明,赤池信息准则和高斯过程回归改进的时差图法在正交异性钢桥面板中的平均定位误差为37.3 mm(25 dB信噪比工况),平板的定位精度高于U肋。谱元法模拟有望代替繁琐的预断铅实测试验,提升声发射时差图系列损伤定位方法的实用性。     

非均匀声速场中高精度逐次逼近声源定位方法

针对非均匀声速场中传统飞行时间法无法直接计算声源到各声接收点的精确距离从而影响定位精度的问题,提出了一种基于逐次逼近方法的高精度声源定位方法。建立二维平面模型,推导证明了均匀声速场和固定声接收阵型中逐次逼近定位理论的正确性。然后,在任意分布的非均匀声速场和接收阵型条件下,仿真证明逐次逼近法的有效性,以及迭代次数和接收点个数与定位精度的关系。结果表明,该算法可用于非均匀声速场中任意位置声源的声学定位,在125 m×125 m水平区域中,声速起伏范围为±5 m/s,当迭代次数大于26次时,定位误差可小于1 mm,且定位精度随着迭代次数和接收点个数的增加而提高。     

早龄期荷载及低温作用下的混凝土声发射特征试验研究*

井壁混凝土由于施工与环境特殊性导致其裂缝扩展情况异常,本文通过对不同早龄期荷载、低温条件下混凝土轴压破坏过程的声发射检测,分析井壁施工环境对混凝土内部裂缝产生、发展的影响。研究表明,早龄期荷载、低温单独作用时,与标养混凝土主要差异在轴压过程中的声发射初始阶段,对混凝土内部的原有收缩裂缝有所影响。当两者耦合作用时,早龄期荷载影响比低温作用显著,并且在早龄期荷载较大时会出现声发射信号"倒置"现象。     

水下低频声信号的激光探测及波的衰减

为了探测几十赫兹的低频水下声信号,建立了水下低频声信号的光学探测系统,得到了稳定、清晰的衍射图样.得到了衍射图样的宽度与声源距离的变化关系,声源距离越小,衍射图样越宽.当水下声波传至水表面后,实验上得到了表面声波的衰减特性,理论上得到了衍射图样的角宽度和液体表面波振幅的解析关系式.发现表面波振幅的衰减随距离是指数型衰减.并研究了衰减系数随频率的变化,频率不同衰减系数也不同,而且频率越大,衰减系数越小.     

水下低频声信号的激光探测及波的衰减

为了探测几十赫兹的低频水下声信号,建立了水下低频声信号的光学探测系统,得到了稳定、清晰的衍射图样.得到了衍射图样的宽度与声源距离的变化关系,声源距离越小,衍射图样越宽.当水下声波传至水表面后,实验上得到了表面声波的衰减特性,理论上得到了衍射图样的角宽度和液体表面波振幅的解析关系式.发现表面波振幅的衰减随距离是指数型衰减.并研究了衰减系数随频率的变化,频率不同衰减系数也不同,而且频率越大,衰减系数越小.     

复合材料板声发射源定位的时间差映射方法

针对复合材料板内可能出现的纤维断裂、基体开裂等缺陷以及声波在不同传播方向的传播速度不一致且波速差异较大等问题,提出一种改进的时间差映射方法实现对复合材料板的声发射源定位。该方法采用的是预构建数据库方法,不需考虑波在板中的传播速度不一致以及波的传播模态等问题,而且实验对传感器在板中的布置没有严格要求。首先,为了快速准确地选择和删除采集的大量声发射数据中存在的伪声发射事件,采用聚类算法自动识别和选择每个网格节点上高度相关性的声发射事件并构建时间差训练数据库;其次,为了提高网格分辨率,采用插值补偿算法增加网格密度;最后,针对测试区域验证实际声源的位置,使用加权差分算法实现声源的定位。理论分析和实验结果表明:声源位置的定位平均实际误差从26.5 mm(采用传统的时间差映射方法)降至18.0 mm(采用改进后的时间差映射方法),对应的平均相对误差从5.3%降至3.6%;并且整体运行时间从5 h减少到16.87 s。研究表明改进后的时间差映射方法可有效快速地提高声源的定位结果及精度。      

SPV490Q钢焊接冷裂纹声-磁定位方法研究

声发射源定位方法可以精准判断信号发生时间及位置,但由于其检测数据量大,难以进行实时评价,而磁记忆定位方法能实时观察数据结果,所以用声-磁结合的方法对冷裂纹进行定位分析。焊后即进行声发射监测,待焊缝冷却后,按一定时间间隔用磁记忆技术进行检测,这样既能精确得到冷裂纹起裂时间及其位置,又能实时观察冷裂纹扩展走向。同时,通过SPV490Q钢斜Y型坡口焊接冷裂纹实验验证了该方法的可行性。     

Distance-Coefficient-Based Imaging Accuracy Improving Method Based on the Lamb Wave

An imaging accuracy improving method is established, within which a distance coefficient including location information between sparse array configuration and the location of defect is proposed to select higher signalto-noise ratio data from all experimental data and then to use these selected data for elliptical imaging. The relationships among imaging accuracy, distance coefficient and residual direct wave are investigated, and then the residual direct wave is introduced to make the engineering application more convenient. The effectiveness of the proposed method is evaluated experimentally by sparse transducer array of a rectangle, and the results reveal that selecting experimental data of smaller distance coefficient can effectively improve imaging accuracy.Moreover, the direct wave difference increases with the decrease of the distance coefficient, which implies that the imaging accuracy can be effectively improved by using the experimental data of the larger direct wave difference.     

储罐底板声源辨识及定位方法研究

储罐底板腐蚀是多声源问题,即在不同位置的腐蚀源可能同时发射应力波。这些声源信号有时会重叠被传感器接收,从而影响定位的可靠性。为此本文基于平面声发射源能量定位方法的基本理论,进行了模拟储罐底板定位实验,提出了能量定位系数的修正方法。同时通过对实验数据分析,发现快速独立分量分析(FastICA)方法可以将同种声源混合信号进行有效分离,并且基本保持原有波形特征,相干系数法可以实现对分离后的同源信号进行聚类,进而应用改进能量定位方法对声发射源进行定位,从而对声源辨识,判断事件集中度提供依据。     

利用纳米力学方法对皮肤进行超声组织定征的研究

纳米力学方法适用于具有离散特性的材料.利用纳米力学方法,得出声波在多层皮肤组织中的波动方程.分别改变黑素瘤皮肤的泊松比、黑素瘤侵袭厚度(Breslow深度)、节间距离,计算多层皮肤结构模型对垂直入射纵声波的反射系数.同时计算了声速和声衰减系数随组织参数的变化.计算结果表明,可综合利用一定频率段内反射系数最小点数、声速和衰减系数的变化来表征正常皮肤和病变皮肤.     

Analysis on accuracy improvement of rotor–stator rubbing localization based on acoustic emission beamforming method

This paper attempts to introduce an improved acoustic emission (AE) beamforming method to localize rotor–stator rubbing fault in rotating machinery. To investigate the propagation characteristics of acoustic emission signals in casing shell plate of rotating machinery, the plate wave theory is used in a thin plate. A simulation is conducted and its result shows the localization accuracy of beamforming depends on multi-mode, dispersion, velocity and array dimension. In order to reduce the effect of propagation characteristics on the source localization, an AE signal pre-process method is introduced by combining plate wave theory and wavelet packet transform. And the revised localization velocity to reduce effect of array size is presented. The accuracy of rubbing localization based on beamforming and the improved method of present paper are compared by the rubbing test carried on a test table of rotating machinery. The results indicate that the improved method can localize rub fault effectively.     

风场环境中声速修正的分布式声源定位算法

为减小声速误差对定位精度的影响,提出了一种基于声速修正的分布式声源定位方法。首先,将声速表示为未知声源位置的函数,逼近风场中的声速场分布,然后将其代入TDOA (Time Differences of Arrival)算法中,构建非线性超定方程组,最后采用粒子群优化算法求解声源位置。对不同风速、不同声源位置及不同测试区域进行仿真,结果表明:修正后的定位精度比修正前有明显提高,尤其对于大范围并且声源靠近测试区域边缘位置的定位系统,改善更加明显;4个节点的定位系统实验结果表明,修正后的定位误差可降至修正前的4l%,该方法能更好的应用于风场中的定位系统。