声发射源线性定位误差研究
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基于Lebenberg_Marquardt的声发射源定位算法
王子维;阎少宏
【期刊名称】《应用数学进展》
【年(卷),期】2024(13)4
【摘要】声发射是一种寻找材料破裂点或地震发声源位置非常有效的方法,在本次实验中介绍了声发射源定位中时差定位法的基本原理,将定位问题转化为多元非线性方程组求解问题。
根据问题特点,将传统的Geiger定位算法与
Lebenberg_Marquardt算法相结合,通过改进Geiger算法的迭代方向与迭代步,极大地减少了算法的时间复杂度,提高了算法的精确度。
数值仿真算例表明:该方法能有效地解决了迭代时雅可比矩阵与其转置矩阵接近奇异时dk过大的问题,保证了算法的收敛性并且提高了迭代算法的收敛速度。
【总页数】7页(P1327-1333)
【作者】王子维;阎少宏
【作者单位】华北理工大学理学院唐山
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于时差收敛算法的声发射源定位方法
2.基于时差定位线性算法和Geiger迭代算法的某铁矿声发射源定位精度分析
3.基于奇异谱和相关性分析的木材声发射源
直线定位算法研究4.基于Chan与Geiger混合算法的声发射源定位方法5.基于时差法的复杂转子系统声发射源定位算法
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声音定位和声源识别算法研究综述声音定位和声源识别是现代信号处理领域的重要研究方向之一。
随着智能音箱、语音助手等智能设备的普及,声音定位和声源识别技术得到了广泛的应用和关注。
本文将综述声音定位和声源识别算法的研究进展,介绍其应用领域和未来发展趋势。
一、声音定位算法的研究声音定位是指根据接收到的声音信号确定声源的方位角和俯仰角的过程。
声音定位算法主要分为基于时差的方法和基于能量的方法两种。
基于时差的方法利用声音信号在不同麦克风之间传播的时间差来确定声源的方位角。
常用的方法包括互相关法、波束形成法和最小二乘法等。
互相关法通过计算麦克风信号之间的互相关函数来估计时差,进而得到声源的方位角。
波束形成法则是通过对麦克风信号进行加权和相位调节,使得声源方向上的信号增益最大,从而实现声音定位。
最小二乘法则是通过最小化麦克风信号与声源信号之间的误差平方和,来估计声源的方位角。
基于能量的方法则是通过对声音信号的能量进行分析,来确定声源的方位角。
常见的方法包括声音强度法和声音梯度法。
声音强度法通过计算麦克风信号的能量差来确定声源的方位角。
声音梯度法则是通过计算麦克风信号的梯度来确定声源的方位角。
二、声源识别算法的研究声源识别是指根据接收到的声音信号判断声源的种类或身份的过程。
声源识别算法主要分为基于特征提取的方法和基于机器学习的方法两种。
基于特征提取的方法通过对声音信号的频谱、时域特征等进行提取和分析,来判断声源的种类或身份。
常见的特征包括MFCC(Mel Frequency Cepstral Coefficients)、SVM(Support Vector Machine)等。
MFCC是一种常用的声音特征提取方法,它通过将声音信号映射到梅尔频率尺度上,并提取其倒谱系数,从而得到一组具有较好区分能力的特征向量。
SVM则是一种常用的机器学习算法,它通过构建一个最优的超平面来实现声源的分类。
基于机器学习的方法则是通过训练一组声音样本,建立声音模型,并利用该模型对新的声音信号进行分类。
HUNAN UNIVERSITY 毕业设计(论文)设计论文题目:基于小波变换的声源定位方法研究学生姓名:学生学号:专业班级:学院名称:指导老师:学院院长:毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室(或答辩小组)及教学系意见基于小波变换的声源定位方法研究摘要声发射是材料中局部源快速释放能量而产生瞬态弹性波的一种普遍物理现象,人们已经开始在各个领域中利用这种现象进行研究对象的缺陷检测和安全性评价。
20214 DOI:10.19392/ko1671-7341.202112039管道泄漏声发射定位方法研究张英杰衣粟张国庆孙洪彬王培东吴畏山东省特种设备检验研究院有限公司山东济南250101摘要:声发射信号不仅能检测管道是否泄漏,其携带系统结构中的某些特征信能够计算出管道泄漏的位置。
分析管道泄漏时产生声发射信号的原理以及声发射信号在管道内的传播特点,介绍了声发射信号在管道介质中传播的时间与传播距离的关系,计算传播距离定位泄漏位置和通过声发射信号强度计算传播距离来定位管道泄漏位置两种方法。
关键词:管道泄漏;声发射;弹性波在管道运输过程中,由于管道腐蚀、管道材料质量、人为破坏等原因常常会引起管道泄漏,一旦管道发生泄漏现象,需要以最快的速度找到泄漏位置及时补救,这无疑将消耗巨大的人力物力,所以需要一种省时省力的管道泄漏定位方法。
声发射作为管道泄漏检测的一种方法,检测管道是否出现泄漏现象是其最基本的功能,除此之外,声发射信号本身携带大量与泄漏源相关的信息,不仅能够对泄漏量大小进行量化,而且在一定算法的基础上能够准确定位管道的泄漏位置。
关于声发射研究,国内方面,杨哲⑴对于燃气管道泄漏声发射信号的研究;郑旭⑵探讨了声发射技术在管道泄漏中运用的方案;汪文有⑶论述了声发射技术在实际管道泄漏检测中的应用策略;李帅永⑷等人在管道泄漏声发射时频定位技术进行了研究。
国外方面,H.Y.Sio等研究人员进行了基于声发射技术的压缩机气门泄漏损失研究。
本文在声发射检测管道泄漏的基础上,介绍了两种声发射定位管道泄漏位置的方法,利用声发射信号在管道材料中的传播特点,方法一直接采用声发射信号在管道介质中的传播时间,来定位泄漏位置;方法二则采用声发射传感器检测到某位置的声发射信号强度来间接得到声发射信号传播的距离,计算出管道泄漏的位置,两种方法都利用声发射信号所携带的信息来探究基于声发射检测管道泄漏位置的方法。
一、声发射信号产生的原因及传播特点声发射信号产生的原因是由于材料中局部应力集中源的能量迅速释放而产生的瞬时弹性波,由于材料内部结构发生变化而引起材料内应力突然重新分布使机械能转变为声能,称为发射声。
一种新的声发射时差定位方法于洋;王赛【摘要】基于声发射信号具有与语音信号相似的非线性和非平稳性的特点,结合语音信号端点检测原理,将谱熵能量积引入声发射信号到达时间的测量中,以此计算出声发射信号的到达时间,进而由时差计算声发射源的位置. 在实验中,构造声发射源面定位实验,并通过数学方法消除速度参量,使定位结果仅与到达时间有直接关系. 以此计算声发射源坐标,该方法有效提高了定位精度,其中相对定位误差最大为2 .49%.%Basing on acoustic emission signals' nonlinearity and non-stationary characteristics similar to the voice signals and combining with the principle of voice signals' endpoint detection, the spectral entropy-energy product was introduced into TDOA measurement of the acoustic emission signals to locate the acoustic emission source.Under laboratory conditions, locating the acoustic emission source ' s line orientation and eliminating the velocity parameters through mathematical methods can make the location result only relating to the arrival time and the acoustic emission source coordinate can be determined.This method can effectively improve the location accuracy along with the maximum relative positioning error of 2.49%.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2015(042)010【总页数】4页(P1127-1129,1140)【关键词】时差定位;石油储罐;声发射;端点检测;谱熵能量积【作者】于洋;王赛【作者单位】沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学信息科学与工程学院,沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TH816传播速度和时差的测量是时差定位技术的关键。
声速的测量实验报告误差分析在物理学实验中,声速的测量是一个常见且重要的实验。
然而,在实际操作中,由于各种因素的影响,测量结果往往会存在一定的误差。
为了提高实验的准确性和可靠性,对误差进行深入分析是必不可少的。
一、实验原理与方法本次实验采用的是驻波法测量声速。
其原理是利用扬声器发出的平面声波在空气中传播,当遇到反射面时会形成反射波。
入射波与反射波相互叠加,在特定条件下会形成驻波。
通过测量驻波相邻波节或波腹之间的距离,结合声波的频率,就可以计算出声速。
实验中,我们使用了信号发生器产生一定频率的正弦电信号,驱动扬声器发出声波。
同时,利用示波器观察接收端的信号,通过移动接收端的位置,找到驻波的波节或波腹位置,并进行测量。
二、误差来源分析1、仪器误差(1)信号发生器的频率误差:信号发生器输出的正弦电信号频率可能存在一定的偏差,这会直接影响到声速的计算结果。
(2)示波器的测量误差:示波器在测量电压、时间等参数时,也会存在一定的误差,从而影响对驻波位置的判断和测量。
(3)测量工具的精度限制:例如尺子、游标卡尺等用于测量距离的工具,其本身的精度有限,可能导致测量结果的不准确。
2、环境误差(1)温度的影响:声速与温度密切相关,温度的变化会导致空气的密度和弹性模量发生改变,从而影响声速的大小。
在实验过程中,如果环境温度不稳定或者没有进行准确的温度测量和修正,就会引入误差。
(2)湿度的影响:空气的湿度也会对声速产生一定的影响。
较高的湿度会使空气的密度增加,从而导致声速变慢。
(3)气流和噪声的干扰:实验环境中的气流流动以及外界噪声可能会干扰声波的传播,导致测量结果的不稳定。
3、操作误差(1)扬声器和接收端的位置调整不准确:在实验中,扬声器和接收端的位置需要精确调整,以确保形成良好的驻波。
如果位置调整不当,可能会导致驻波的不明显或者测量结果的偏差。
(2)读数误差:在读取测量工具上的数值时,由于人的视觉误差或者读数方法不正确,可能会导致读数不准确。
声源定位精度与方法比较分析声源定位是通过分析传感器接收到的声音信号来确定声源位置的过程。
声源定位精度和方法选择是声源定位技术中关键的问题。
在这篇文章中,我们将比较分析不同声源定位方法的精度和适用性,以便更好地了解这些方法的优缺点。
首先,我们将讨论几种常见的声源定位方法,包括时间差定位、幅度差定位和交叉相关定位。
时间差定位是通过测量声音信号在不同传感器之间传播的时间差来确定声源位置。
这种方法简单直接,不需要复杂的处理过程。
然而,时间差定位的精度受到传感器之间距离的限制,尤其是在远距离下会受到较大误差。
另外,时间差定位对声音波形的变化敏感,因此需要保持较高的信噪比。
幅度差定位是通过测量声音信号在不同传感器之间的幅度差来确定声源位置。
这种方法相对于时间差定位对传感器间距离的要求较小。
它在短距离定位时表现良好,但在远距离下容易受到噪声的影响,精度会下降。
交叉相关定位是通过计算不同传感器接收到的声音信号互相关来确定声源位置。
这种方法可以减小噪声的影响,具有较好的定位精度。
但是,交叉相关定位需要对多个信号进行处理,计算复杂度较高。
此外,它对传感器之间的同步性要求较高,需要高精度的时钟同步。
除了上述方法外,还有一些新兴的声源定位方法被提出,如基于阵列信号处理的波束形成和机器学习方法。
波束形成是一种通过加权和合成多个传感器接收到的信号来增强特定方向上的声源信号的方法。
它可以有效地抑制噪声和干扰,提高定位精度。
由于波束形成需要利用传感器阵列的空间滤波效果,因此对声源方向的估计精确度较高。
机器学习方法则是利用机器学习算法对声音信号进行处理和分析,从而实现声源定位。
通过训练模型,可以根据声音信号的特征来预测声源位置。
这种方法可以适应不同环境下的声音特征变化,并且具有较高的准确性。
然而,机器学习方法需要大量的训练数据和计算资源。
综上所述,声源定位精度和方法的选择取决于具体的应用需求和环境条件。
如果对定位精度要求较高且传感器间距较远,可以选择交叉相关定位或波束形成方法。
光纤光栅声发射检测信号分析与源定位技术研究的
开题报告
一、研究背景
光纤光栅是一种利用光学原理进行测量的传感器技术,在工业、民
用和科研领域都有广泛应用。
特别是在声学传感领域,光纤光栅声发射
探头已经成为一种有效的测量声波信号及其传播性质的工具。
通过对声
波信号的采集、分析和处理,能够实现声源定位、声场诊断、结构物健
康监测等应用。
二、研究目的
本研究旨在探究光纤光栅声发射检测信号的分析与源定位技术,通
过实验验证和数据分析,提高声源定位的精度和可靠性。
三、研究内容
1. 光纤光栅声发射检测信号的采集和分析。
2. 声源定位算法的研究与实现。
3. 实验验证和数据分析,评估算法的有效性和精度。
4. 对算法进行优化和改进,提高声源定位的可靠性和精度。
四、研究方法
1. 理论分析法:分析光纤光栅声发射探头的信号特性、声波传播模
型及声源定位算法。
2. 实验方法:利用实验装置进行声源定位实验,并采集相应的数据。
3. 数据处理方法:利用MATLAB等软件进行数据处理与分析,评估
算法的有效性和精度。
五、研究意义
通过研究光纤光栅声发射检测信号的分析与源定位技术,可以提高声源定位的精度和可靠性,为工业、民用和科研领域提供一种新的声学传感器技术。
同时,在结构物健康监测方面也可以得到广泛应用,为提高结构物安全性和可靠性提供保障。
高精度声源定位技术的研究进展声源定位技术是一项关键的技术,广泛应用于各个领域,如音频处理、通信系统、无人机导航等。
近年来,随着科技的不断进步,高精度声源定位技术也得到了长足的发展。
本文将介绍该技术的研究进展,并探讨其在实际应用中的潜力。
首先,高精度声源定位技术的研究主要集中在两个方面:传感器阵列设计和信号处理算法。
传感器阵列是实现声源定位的关键组成部分,其设计直接影响到定位精度。
目前,常见的传感器阵列包括线性阵列、圆形阵列和球形阵列等。
研究人员通过对传感器阵列的优化设计,提高了定位的准确性和稳定性。
其次,信号处理算法也是高精度声源定位技术中不可或缺的一环。
传统的声源定位算法主要基于波束形成原理,通过对接收到的声波信号进行处理,确定声源的位置。
然而,由于环境噪声和多路径效应的存在,传统算法在复杂环境下的定位精度有限。
因此,研究人员提出了一系列新的信号处理算法,如基于卷积神经网络的声源定位算法、基于深度学习的声源定位算法等。
这些算法通过对大量数据的学习和分析,提高了定位的准确性和鲁棒性。
除了传感器阵列设计和信号处理算法,高精度声源定位技术的研究还涉及到其他方面的内容。
例如,研究人员通过引入多模态信息,如视频、惯性传感器等,提高了声源定位的精度。
此外,他们还研究了声源定位与其他相关技术的结合,如目标跟踪、声纹识别等,进一步拓展了该技术的应用范围。
高精度声源定位技术在实际应用中具有广阔的前景。
首先,它可以应用于智能音频处理领域。
通过准确地定位声源,可以实现自适应降噪、声源增强等功能,提高音频质量和用户体验。
其次,该技术可以应用于通信系统中。
通过定位对方的声源,可以实现声纹识别、定向通信等功能,提高通信的安全性和效率。
此外,高精度声源定位技术还可以应用于无人机导航、智能家居等领域,为人们的生活带来更多便利。
尽管高精度声源定位技术已经取得了一定的研究进展,但仍存在一些挑战和问题。
首先,复杂环境下的定位精度仍然有待提高。
近几年,声发射检测以其不可
替代的优点得到较为广泛的应用,
各种声发射检测仪应运而生,声发
射源定位的准确程度已成为影响声
发射检测技术发展的关键因素,到
目前为止,还没有充足的理论计算
与实际源坐标的实验对比数据,在
这里对时差线性定位的精确性进行
浅显的探讨。
1、一维源定位(又称线性定
位)原理
线性定位是指在一维空间中,确
定声发射源位置坐标的直线定位法。
传感器1#和2#,设坐标分别为
(-c,0)和(c,0),某一声源声发
射信号到达传感器时的时差为△t,
材料中的声速为v,则声发射源到两
个传感器的距离之差为:
2a=v・△t(1-1)
那么声源的位置满足以两个传
感器为焦点,以2a为顶点距离的双
曲线方程。
(1-2)
图1 声源位置确定示意图
1.1声发射源在两个传感器之间
(即x轴上),此时,y=0(-c≤x≤
c),解方程得
x=±a
当声发射信号先到1#传感器,则
x=-a,反之,x=a。
只要测出△t→
2a=v・△t,有声源
的位置可定。
1.2如果知道声源在某一条直线
上,可通过求解方程组:
可得
或者
当信号先到达1#传感器时,将x
代入到直线方程就可以求出y的值,
声源位置可以确定。
2.实验模拟
本文实验中采用断铅模拟声发
射信号源,所用的铅笔型号为0.5/
HB;耦合剂为机油。
2.1一维X轴定位模拟
2.1.1数据采集
①实验前将要做断铅实验的位置
确定,坐标为(17,0),
②两个探头的坐标是(-100,
0),(100,0)
声发射源线性定位误差研究
王健王运玲 辽宁石油化工大学机械工程学院 113001
用断铅试验在试件上得到的实验数据如表3。
2.1.2通过数学计算得到的结果由表中数据可得△t =1.02×10-5
S :v =3200m/s ,由公式
得a =16.32mm 由得双
曲线方程为
数学计算声源的位置是(16.32,0)。
依照此种方法,在此点模拟声发射10次,最后得声源位置坐标的平均值是(16.50,0)。
2.2一维坐标轴定位模拟2.2.1数据采集
表1 各通道参数表
①实验前将要做断铅实验的位置确定,坐标为(-80,55),声源所在直线方程y =-0.7x
②两个探头的坐标是(-130,0),(130,0)
2.2.2通过数学计算得到的结果△t =4.8×10-5S ,v =3200m/s ,
=76.8mm , c =130mm
得双曲线方程式
(1)
直线方程y =-0.7x (2)(1),(2)方程联立得x =-89.8mm ,y=62.86mm ,依照此种方法,在此点模拟声发射10次,最后
得声源位置坐标的平均值是(89.2,62.45)。
3. 误差分析
分析结果见表4。
4、结论与思考
由误差对比及误差原因分析可知:
(1)此数据说明声发射源的时差理论计算定位与实际位置有一定的出入。
第一种线性定位理论与实际位置坐标吻合较好,相对误差为2.4%。
第二种线性定位误差较大,坐标x 、y 的相对误差分别为11.5%、13.6%。
(2)误差的产生与传感器、通道的灵敏度、断铅模拟声发射的频率差有关,材料的不均匀、各向异性(理论计算视为各项同性)也可导致出现误差。
(3)对于线性定位,SDAES 数字声发射检测仪产生可容许误差。
(4)对其他定位方式所产生的定位误差有待进一步研究。
表2 各通道参数表
表3 一维X 轴时差定位值比较
表4 一维时差定位值比较。