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2. 3声发射源定位方法1.一维(线)定位一维(线)定位就是在一维空间中确定声发射源的位置坐标,亦称直线定位法。
线定位是声源定位中最简单的方法。
一维定位至少采用两个传感器和单时差,是最为简单的时差定位方式,其原理见图2.3。
图2.3 —维定位法Fig.2.3 AE 1-D localization 若声发射波源从Q 到达传感器21S S 和的时间差为t ∆，波速为ν，则可得下式： t 21∆⋅=-νQS QS（2.9）离两个传感器的距离差相等的轨迹为如图所示的一条双曲线。
声发射源就位于此双曲线的某一点上。
线定位仅提供波源的双曲线坐标,故还不属点定位,主要用于细长试样、长管道、线焊缝等一维元的检测。
2.二维(平面)定图2.4 二维(平面)定位法Fig.2.4 AE 2-D localization二维定位至少需要三个传感器和两组时差,但为得到单一解一般需要四个传感器三组时差。
传感器阵列可任意选择,但为运算简便,常釆用简单阵列形式,如三角形、方形、菱形等。
近年来,任意三角形阵列及连续多阵列方式也得到应用。
就原理而言,波源的位置均为两组或三组双曲线的交点所确定。
由四个传感器构成的菱形阵列平面定位原理见图2.4。
若由传感器31S S 和间的时差X t ∆所得双曲线为1，由传感器42S S 和间的时Y t ∆所得双曲线为2，波源Q 离传感器31S S 和,42S S 和的距离分别为Y X L L 和,波速为ν，两组传感器间距分别为a 和b ，那么，波源就位于两条双曲线的交点()Y X Q ,上，其坐标可由下面方程求出： ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛122b 2122a 22222222222Y Y X X L X L Y L Y L X (2.10)平面定位除了上述菱形定位方式外,常见的还有三角形定位、四边形定位、传感器任意布局定位等。
声发射信号处理方法分析声发射的定义可以分为广义和狭义两种，狭义通常认为材料受外力或内力作用，局域源快速释放能量而产生瞬态弹性波的现象称为声发射（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ），简称ＡＥ。
广义的声发射认为像泄漏等外力作用下，激发能量波在材料中传播的现象也是一种声发射。
声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时有声发射发生。
但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。
用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号对声发射源进行定量、定性和定位的技术称为声发射检测技术。
其基本原理如图１所示。
声发射检测技术作为一种动态无损检测方法已经广泛用于各种材料或结构的稳定性评价。
声发射检测的目的就是尽早地发现声发射源和尽可能多地得到声发射源的信息。
目前，常用的声发射信号的处理方法有特征参量法和波形分析法。
１．声发射信号的特征参量分析法声发射信号特征参量分析法，即对声发射信号特征参量进行处理，用声发射特征参量描述声发射源特性的分析方法。
目前，声发射特征参量主要有声发射信号的幅度、能量、振铃计数、事件、上升时声发射信号处理方法分析谢朝阳１，２１，中南大学资安院４１００８３；２，湖南工学院基础课部４２１００２间、持续时间和门槛电压等（如图２所示）。
这种声发射信号处理技术的研究主要集中在对声发射信号的有效性分析上，主要采用的方法有幅度鉴别、频率鉴别、空间滤波、软件剔噪和信号的事后处理等。
参量分析法中为了能找到声发射源的特性和内在规律，人们通常使用关联图分析法，即将幅度、持续时间、能量、到达时间、均方根电压值、撞击数、撞击数率、外接参量等之间任意两个变量做关联分析。
从声发射参量的关联图中可以找出声发射信号的变化规律，可以区分不同特性的信号。
２．声发射信号的谱估计方法波形频谱分析是通过分析声发射信号的时域或频域波形来获得信息的一种信号处理方法。
谱估计可分为经典谱估计和现代谱估计两大类。
声发射技术原理和声发射信号特征参数分析方法提要：由于声发射信号来自缺陷本身，因此研究缺陷所产生的声发射信号的特点，以分析缺陷所处的位置和在其不同应力状态的损伤程度。
利用设备在出现故障或破坏时，所发出的声发射信号与正常状态下的差异可以确定设备的运行状态。
本文利用广义线性定位法[5]确定故障的位置，然后利用声发射的特征参数对故障的严重程度进行检测。
对从藕合表面的传感器测得的声发射信号的输出波形经过一定的处理后进行分析。
将声发射技术运用于转轴等机械部件的裂纹故障诊断中，可以及时准确地预测并诊断出设备在运行时的故障，尤其对于早期的故障。
基于声发射技术的转轴故障检测李凤英沈玉娣熊军摘要介绍了声发射技术的原理和声发射信号的特征参数分析方法，运用广义线性定位法初步确定故障的位置，并采用声发射特征参数对现场的试验结果进行了分析。
通过与正常信号对比，研究故障信号的特征信息，说明运用这一技术可以对机械部件进行故障检测。
一、原理与方法高速运行的转轴，由于其受到的力为交变载荷，而且工作环境恶劣，经常发生损坏，比如断裂事故，因此有必要进行现场检测。
随着检测技术的发展，无损检测（NUT）越来越受到人们的重视。
无损检测的方法很多，诸如超声、射线、电磁涡流、磁粉、渗透、红外以及声发射等技术。
材料或结构受到外力或内力作用产生变形或者断裂时，以弹性波的形式释放应变能的现象称为声发射现象[1]。
材料裂纹在萌发与扩展时释放出的声发射信号不但频度高，而且集中。
由于声发射信号来自缺陷本身，因此研究缺陷所产生的声发射信号的特点，以分析缺陷所处的位置和在其不同应力状态的损伤程度。
利用设备在出现故障或破坏时，所发出的声发射信号与正常状态下的差异可以确定设备的运行状态。
根据声发射信号的特点，可以把声发射信号分为突发型和连续型两种。
连续型信号由一系列低幅值和连续信号组成，这种信号对应变速率敏感，主要与材料的位错和交叉滑移等塑性变形有关；突发型信号具有高幅值、不连贯、持续时间为微秒级等特点，主要与材料中的堆跺层错的形成和机械孪晶以及裂纹的形成和断裂有关。
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。
声发射源的定位方法1.声源叠加法：声源叠加法利用多个声源同时发出声音，在接收端通过分析各个声源的声音特征来确定声源的位置。
这种方法适用于声源分布均匀、声音特征能够区分的情况。
对于每一个声源，可以通过测量声音的到达时间和幅度来确定其与接收端的距离。
2.时差测量法：时差测量法利用声音在传播过程中的传播速度来测量声源与接收端的距离。
当声音从声源发出后，经过一段时间才能到达接收端，通过测量声音的传播时间差就可以确定声源的位置。
常用的时差测量方法包括互相关法、波束形成法等。
-互相关法：将接收到的声音信号与参考信号做互相关运算，根据互相关函数的峰值位置和幅度来确定声源的位置。
-波束形成法：利用具有多个接收单元的阵列或麦克风进行声音接收，并根据接收到的信号进行波束形成，通过测量到达时间差来确定声源的位置。
3.幅度比测量法：幅度比测量法利用声音在传播过程中的能量损失来测量声源与接收端的距离。
声音在传播过程中会受到空气衰减、散射等因素的影响，幅度会随距离的增加而减小。
通过测量接收到的声音幅度比来确定声源的位置。
-三点法：利用三个接收器测量到的声音幅度比来确定声源的位置。
通过测量三个接收器之间的幅度比，可以求解出声源的位置。
4.高斯法：高斯法采用统计学方法，通过分析接收到的声音信号的统计特性来确定声源的位置。
该方法需要进行大量的声音信号采集和处理，通过建立声音信号的统计模型来推测声源的位置。
综上所述，声发射源的定位方法包括声源叠加法、时差测量法、幅度比测量法和高斯法等。
这些方法可以单独或者结合使用，根据实际应用场景和传感器条件的不同，选择合适的定位方法来实现声发射源的定位。
突发型声发射信号线性定位实验目的：1、了解声发射信号处理的过程。
2、了解声发射线性定位的原理。
3、学会做声发射定位实验和数据分析。
实验工具：1、两通道及以上声发射采集系统一套。
2、声发射线性定位软件包。
3、材质均匀的不锈钢板/条一块。
4、标定铅笔一套。
实验内容：以标定铅笔芯折断为信号源，在钢板上做定位实验，分析取得的数据，并对定位精度进行分析。
实验步骤：一、声发射信号分割原理PXWAE声发射系统对信号进行连续不断的采集，将所有传感器接收到的超声波信号进行显示和存储。
某一通道采集的波形如下【图1】，波形由突发型信号、反射回波、以及环境噪音等组成：图1：连续波形采集系统根据用户设定的门槛、PDT、HDT、HLT、采样点数、速度等对以上波形进行切割，过滤噪音、无意义的回波信号灯，并将不同事件的Hit进行区分，如【图2】。
门槛：低于门槛的信号将会被滤除。
PDT：识别一个Hit的峰值。
HDT：识别一个Hit的结束时间。
HLT：用于去除一个Hit无意义的回波信号或者明显滞后的波形。
图2：分割成Hit根据门槛确认每个Hit的到达时间，同一个事件的Hit在不同通道的到达时间T1、T2作为参数，进行线性定位的运算。
图3：不同通道收到的同一Hit二、声发射线性定位的原理声发射线性定位的实验图如下。
传感器1、传感器2和断铅点在同一直线上，在传感器1和传感器2之间的某处产生断铅信号。
图4：线性定位假设在星号处断铅，信号沿着材料分别向左右传播，到达1、2号传感器的时间差等于距离差除以波形传播速度的值（式1）。
T1-T2=(D1-D2)/V （式1）由于我们事先知道传感器1和传感器2的位置，可得（式2）。
D1+D2=D （式2）由公式1和公式2可以计算出（式3）。
D1=((T1-T2)*V+D)/2 （式3）根据传感器1的位置和D1即可以确定信号源的点。
三、系统硬件布置将声发射系统传感器、放大器、采集器、电脑主机等按照【图5】进行连接，保证系统可以正常运行。
专利名称：未知波速体系下声发射源线性定位方法和系统专利类型：发明专利
发明人：周子龙,芮艺超,蓝日彦,周静,程瑞山,董陇军,刘富申请号：CN201910787751.5
申请日：20190826
公开号：CN110398540A
公开日：
20191101
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种未知波速体系下声发射源线性定位方法和系统，在一个三维监测系统中放置n个声发射传感器，其中n≥6；记录各声发射传感器的坐标和接收到声发射信号的时间；基于声发射传感器坐标以及到时数据，通过声发射源坐标计算公式确定声发射源的位置。
在得到声发射源坐标的同时，得到最优的附加变量值。
在得到最优的附加变量值后，便可计算出介质波速和触发时刻。
本发明给出了声发射源的解析解，避免了迭代方法不收敛或局部收敛的问题。
此外，该方法将声发射源坐标与两个附加变量分离求解，减少了附加变量与声发射源参数的之间的相互影响，进一步提高了解析定位方法的计算效率。
申请人：中南大学
地址：410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
国籍：CN
代理机构：长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人：杨萍
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