基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法

针对阀门泄漏故障的问题,提出了基于平行压电阵列的阀门泄漏声发射源定位方法。针对阀门曲面结构的特点,在阀体底部布置了两条平行线性传感器阵列。首先,利用平行压电阵列采集阀门泄漏时产生的声发射信号;其次,计算各自阵列协方差及其特征值,通过比较特征值的大小,确定声发射信号源的大致区域,再利用近场多重信号分类算法进行空间谱估计,在子阵列上建立局部坐标,得到与声发射源对应参考阵元的极坐标,即距离和角度;最后,通过坐标变换,将局部坐标轴中的极坐标转换到整体坐标中。通过DN50的闸阀进行了试验,试验结果表明:该方法可以有效地对阀门声发射源进行定位,减小了阀门泄漏故障的误判,可为阀门故障预测提供参考知识。     

基于MUSIC算法的复合材料近场冲击源定位

为了提高算法在近场冲击源的定位精度, 提出了基于多重信号分类 (MUSIC)算法的复合材料近场冲击源定位方法。首先通过Fresnel近似将一维远场模型扩展到二维近场模型; 接着应用Gabor小波变换从冲击的宽带信号中提取某一中心频率的窄带波; 最后应用二维近场MUSIC算法, 扫描整个监测区域, 可以同时得到冲击源的距离和方位角。复合材料层合板的冲击实验结果表明该方法能够精确有效地对冲击源进行定位, 距离的定位误差不超过0.94 cm, 方位角误差不超过1°。     

基于有限元分析的压力容器损伤阵列稀疏特征建模与定位方法

针对压力容器无损检测中较难检测的封头部位,提出了一种基于压电超声导波阵列的在线监测方法。首先,建立压力容器封头结构的有限元模型,利用窄带Lamb波模拟结构损伤源的散射信号;其次,将被监测区域离散成稀疏点,对每个稀疏点的回波信号提取阵列波达时间差作为导波阵列的稀疏特征信息,并计算损伤回波信号的波达时间均方根值(RMS),形成基于有限元模型的损伤稀疏特征样本库;最后,通过计算实测损伤回波信号均方根值与损伤稀疏特征样本库匹配成像,像素点最高的位置即为损伤位置。试验结果表明,模拟损伤距离定位误差为20 mm,角度定位误差为1°,与实际损伤位置较为符合,能够较准确地反映缺陷的位置。     

基于压电超声相控阵方法的结构多损伤监测

基于超声相控阵的主动结构健康监测是飞行器结构健康监测领域一个新的发展方向,也是当前研究的难点之一,超声相控阵结构健康监测在国内还处于起步阶段。在已有应用超声相控阵技术对单损伤定位的基础上,进一步研究飞行器结构中多损伤的监测。通过控制信号的延时,进而控制波束指向,实现对结构的多方位、多损伤扫描。在铝板上进行了实验研究,通过对比不同角度延时前后的损伤散射信号及其合成信号,验证了超声相控阵对多损伤信号的延时叠加能够有效地提高多损伤信号的能量,同时减少非损伤处的能量,从而增强了信号的信噪比,并且对多损伤识别具有较高精度     

仿真驱动下的压力容器封底多损伤快速定位方法

面向大型压力容器特种设备的球形封底结构,传统的无损检测较难完成在役大型储底部的在线损伤检测。压电陶瓷传感器（PZT）能够同时激发和接收Lamb波实现大面积区域的损伤检测。文章利用压电陶瓷传感器构造了均匀圆心阵列,并提出了一种仿真数据驱动的压力容器球形封底多损伤快速定位方法。首先,对在半球形封底结构模型上建立阵列Lamb波信号的传播模型,利用阵列导向矢量构造圆心阵列稀疏特征;其次,在ABAQUS有限元软件中建立压力容器封底有限元分析模型,获取虚拟阵列稀疏特征库;最后,将损伤信号的阵列转向向量与虚拟阵列稀疏特征库进行相似性比较,通过损伤成像快速确定损伤信号的位置。数值和实验结果都验证了基于虚拟阵列稀疏特征建模的多损伤定位方法能够有效地监测轴对称结构,且精度较高。     

基于梅花阵列的复合材料全方位冲击定位方法

针对一维线性传感器阵列的盲区问题,研究了基于梅花阵列的二维多重信号分类(2D-MUSIC)冲击定位方法。梅花阵列的布置方式是在圆心处布置1个PZT传感器,另外在半径为 R 的圆周上均匀布置 M 个PZT传感器,首先联合冲击信号传播到参考阵元PZT0和第1个接收阵元PZT1的时间信息估计冲击信号的Lamb波传播波速;然后利用近场2D-MUSIC算法实现冲击源的距离和角度的同时定位;最后,在玻璃纤维复合材料层合板中进行了冲击定位方法的验证。实验结果表明: 基于梅花阵列的方法能够对0°~360°的冲击源进行精确地定位,定位结果精度较高,其中最大距离误差为2.2 cm,最大角度误差为5°。     

多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法

针对超声导波相控阵方法中相位控制参数缺少距离和频率变量的不足,提出了多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法。相比于标准的超声导波相控阵技术,该方法通过在各阵元上设置不同的激励频率,实现了在复合材料板上对点的角度-距离聚焦扫查和损伤定位。首先,建立了多阵列超声导波频相联控激励聚焦信号模型;其次,设计了一种分布式多输入多输出(MIMO)线性阵列,对监测区域逐点聚焦扫查,并建立阵列超声导波损伤回波接收,运用多重信号分类(MUSIC)方法,实现复合材料损伤成像。玻璃纤维板的仿真和试验结果表明,该方法对复合材料具有较好的聚焦性能,较高的损伤成像和定位精度。     

复合材料板在变温场下的超声导波传播特性及损伤成像方法

基于Lamb波的损伤监测方法已在复合材料结构健康监测中得到了广泛的应用。然而，复合材料结构的服役环境复杂多变，超声导波信号极易被外界因素干扰。本文研究了玻璃纤维层合板在变温场下的超声导波特性及损伤成像修正方法。首先，利用红外热成像仪研究持续加热下超声导波信号幅值和相位的变化规律，并构建因变温引起的幅相误差矩阵。其次，将误差矩阵代入多重信号分类（2D-MUSIC）算法中修正导向矢量，并建立代价函数迭代出准确损伤位置。玻璃纤维复合材料层合板的模拟损伤实验表明该方法有效提高了2D-MUSIC算法在变温场下的损伤定位分辨率和精度。     

基于MUSIC算法的复合材料近场冲击源定位

为了提高算法在近场冲击源的定位精度,提出了基于多重信号分类(MUSIC)算法的复合材料近场冲击源定位方法.首先通过Fresnel近似将一维远场模型扩展到二维近场模型;接着应用Gabor小波变换从冲击的宽带信号中提取某一中心频率的窄带波;最后应用二维近场MUSIC算法,扫描整个监测区域,可以同时得到冲击源的距离和方位角.复合材料层合板的冲击实验结果表明该方法能够精确有效地对冲击源进行定位,距离的定位误差不超过0.94 cm,方位角误差不超过1°.