本發(fā)明屬于聲發(fā)射領(lǐng)域，具體涉及一種基于能量積分的環(huán)形結(jié)構(gòu)聲發(fā)射多點(diǎn)定位方法。

背景技術(shù)：

1、聲發(fā)射技術(shù)(acoustic?emission?technique,aet)是一種非破壞性的檢測(cè)與評(píng)價(jià)手段，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(structural?health?monitoring,shm)領(lǐng)域。該技術(shù)基于材料在受力過(guò)程中因內(nèi)部微裂紋萌生、擴(kuò)展、斷裂等損傷過(guò)程所釋放的瞬態(tài)彈性波(即聲發(fā)射信號(hào))進(jìn)行檢測(cè)與分析。聲發(fā)射信號(hào)攜帶了關(guān)于結(jié)構(gòu)損傷位置、類型及嚴(yán)重程度的重要信息，通過(guò)合適的傳感器陣列接收并處理這些信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

2、盡管聲發(fā)射技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)出巨大潛力，但當(dāng)前采用的聲發(fā)射定位方法仍面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。具體體現(xiàn)在：?jiǎn)我蛔矒酎c(diǎn)定位無(wú)法全面反映結(jié)構(gòu)狀態(tài)，難以找出結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域；傳感器可能會(huì)同時(shí)接收來(lái)自不同源的信號(hào)，使得對(duì)特定撞擊源準(zhǔn)確分類困難；在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，聲波可能沿邊緣循環(huán)傳播，即使設(shè)置了適當(dāng)?shù)呐袚?jù)，仍可能對(duì)單次撞擊進(jìn)行多次記錄；在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要同時(shí)定位多個(gè)撞擊點(diǎn)，現(xiàn)有方法難以有效處理；傳統(tǒng)方法對(duì)信號(hào)的頻率特性考慮不足，可能導(dǎo)致信噪比低下和定位精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明在于提供一種基于能量積分的環(huán)形結(jié)構(gòu)聲發(fā)射多點(diǎn)定位方法，通過(guò)采集的多個(gè)傳感器的聲發(fā)射信號(hào)分析特定頻率范圍內(nèi)的能量分布，能夠顯著提高聲源位置的定位精度，進(jìn)行多點(diǎn)定位求解撞擊點(diǎn)位置，進(jìn)而構(gòu)建置信橢球體，通過(guò)置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的比對(duì)，確定針對(duì)整個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)表面的可能撞擊區(qū)域，該方法更為直觀和合理，能夠直接反映定位結(jié)果的不確定性與環(huán)形結(jié)構(gòu)幾何形狀的關(guān)系，并簡(jiǎn)化了判斷過(guò)程，提高了方法的適用性和可解釋性，其具有一定拓展性。

2、一種基于能量積分的環(huán)形結(jié)構(gòu)聲發(fā)射多點(diǎn)定位方法，包括如下步驟：

3、定頻采集位于環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的所有傳感器的聲發(fā)射信號(hào)；

4、將各傳感器的聲發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，并基于指定頻率范圍構(gòu)建能量積分和相位模型；

5、基于各傳感器的空間布局位置和聲波速度，結(jié)合能量積分和相位模型，采用多點(diǎn)定位算法求解撞擊點(diǎn)的位置；

6、根據(jù)撞擊點(diǎn)位置確定對(duì)應(yīng)在環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的投影點(diǎn)，并基于投影點(diǎn)構(gòu)建置信橢球體；

7、計(jì)算置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的相交線，以定義撞擊區(qū)域。

8、通過(guò)采集的多個(gè)傳感器的聲發(fā)射信號(hào)分析特定頻率范圍內(nèi)的能量分布，能夠顯著提高聲源位置的定位精度，進(jìn)行多點(diǎn)定位求解撞擊點(diǎn)位置，進(jìn)而構(gòu)建置信橢球體，通過(guò)置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的比對(duì)，確定針對(duì)整個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)表面的可能撞擊區(qū)域，該方法更為直觀和合理，能夠直接反映定位結(jié)果的不確定性與環(huán)形結(jié)構(gòu)幾何形狀的關(guān)系，并簡(jiǎn)化了判斷過(guò)程，提高了方法的適用性和可解釋性，其具有一定拓展性。

9、進(jìn)一步的，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上均勻安裝了至少三個(gè)傳感器；

10、所述定頻采集位于環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的所有傳感器的聲發(fā)射信號(hào)包括：

11、設(shè)定時(shí)間窗口，定頻并同步采集所有傳感器的聲發(fā)射信號(hào)。

12、進(jìn)一步的，所述將各傳感器的聲發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，并基于指定頻率范圍構(gòu)建能量積分和相位模型包括：

13、基于各傳感器的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻域信號(hào)；

14、在指定頻率范圍內(nèi)，獲取所有頻域信號(hào)的峰值頻率；

15、基于峰值頻率，結(jié)合預(yù)設(shè)偏移系數(shù)，計(jì)算頻率偏移；

16、在在基于頻率峰值和頻率偏移計(jì)算得到的頻率范圍內(nèi)，構(gòu)建能量積分和相位方程。

17、進(jìn)一步的，所述基于每個(gè)傳感器的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換前，還包括：

18、對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和分段；

19、所述預(yù)處理包括采用小波變換法去噪處理；所述分段包括采用閾值法將預(yù)處理后的聲發(fā)射信號(hào)分割成多個(gè)撞擊事件，將其作為進(jìn)行快速傅里葉變換的聲發(fā)射信號(hào)。

20、進(jìn)一步的，所述基于各傳感器的空間布局位置和聲波速度，結(jié)合能量積分和相位模型，采用多點(diǎn)定位算法求解撞擊點(diǎn)的位置包括：

21、基于時(shí)間窗口內(nèi)的每個(gè)撞擊事件，預(yù)設(shè)撞擊點(diǎn)位置；

22、根據(jù)各傳感器的空間布局位置和聲波速度，并結(jié)合能量積分和相位模型，構(gòu)建各傳感器的聲波能量和相位模型；

23、采用多點(diǎn)定位算法求解撞擊點(diǎn)的位置，包括基于預(yù)設(shè)撞擊點(diǎn)位置，分別獲取對(duì)應(yīng)各傳感器的聲波能量和相位模型的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和觀測(cè)數(shù)據(jù)，并定義目標(biāo)函數(shù)衡量模型預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)間的差異，迭代求解撞擊點(diǎn)位置以及模型參數(shù)。

24、進(jìn)一步的，所述根據(jù)撞擊點(diǎn)位置確定對(duì)應(yīng)在環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的投影點(diǎn)，并基于投影點(diǎn)構(gòu)建置信橢球體包括：

25、基于撞擊點(diǎn)位置，確定其對(duì)應(yīng)在環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的投影點(diǎn)；

26、根據(jù)多點(diǎn)定位算法獲獲取協(xié)方差矩陣，并基于投影點(diǎn)構(gòu)建置信橢球體。

27、進(jìn)一步的，所述計(jì)算置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的相交線，以定義撞擊區(qū)域包括：

28、當(dāng)置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)表面相交時(shí)，則將交線及其對(duì)應(yīng)的環(huán)形結(jié)構(gòu)表面部分定義為撞擊區(qū)域；

29、當(dāng)置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸向邊緣所在平面相交時(shí)，則將交線所在區(qū)域定義為撞擊區(qū)域；

30、當(dāng)置信橢球體與環(huán)形結(jié)構(gòu)表面和軸向邊緣所在平面均不相交、但與環(huán)形結(jié)構(gòu)表面所在的拓展平面相交時(shí)，則將置信橢球體與拓展平面的交線定義為撞擊區(qū)域。

31、一種基于能量積分的環(huán)形結(jié)構(gòu)聲發(fā)射多點(diǎn)定位方法的系統(tǒng)，包括：

32、第一模塊，其用于定頻采集位于環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的所有傳感器的聲發(fā)射信號(hào)；

33、第二模塊，其用于將各傳感器的聲發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，并基于指定頻率范圍構(gòu)建能量積分和相位模型；

34、第三模塊，其用于基于各傳感器的空間布局位置和聲波速度，結(jié)合能量積分和相位模型，采用多點(diǎn)定位算法求解撞擊點(diǎn)的位置；

35、第四模塊，其用于根據(jù)撞擊點(diǎn)位置確定對(duì)應(yīng)在環(huán)形結(jié)構(gòu)表面上的投影點(diǎn)，并基于投影點(diǎn)構(gòu)建置信橢球體；

36、第五模塊，其用于計(jì)算置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的相交線，以定義撞擊區(qū)域。

37、一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的方法。

38、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的方法。

39、本發(fā)明的有益效果為：

40、本發(fā)明通過(guò)采集的多個(gè)傳感器的聲發(fā)射信號(hào)分析特定頻率范圍內(nèi)的能量分布，能夠顯著提高聲源位置的定位精度，進(jìn)行多點(diǎn)定位求解撞擊點(diǎn)位置，進(jìn)而構(gòu)建置信橢球體，通過(guò)置信橢球體和環(huán)形結(jié)構(gòu)的比對(duì)，確定針對(duì)整個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)表面的可能撞擊區(qū)域，該方法更為直觀和合理，能夠直接反映定位結(jié)果的不確定性與環(huán)形結(jié)構(gòu)幾何形狀的關(guān)系，同時(shí)為環(huán)形結(jié)構(gòu)所在平面的拓展分析提供了明確的判斷依據(jù)，并簡(jiǎn)化了判斷過(guò)程，提高了方法的適用性和可解釋性，其具有一定拓展性。