光纖光柵聲發(fā)射檢測信號(hào)分析與源定位技術(shù)研究.pdf

1、聲發(fā)射(AcousticEmission，AE)是材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。利用聲發(fā)射檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)材料或設(shè)備早期損傷的實(shí)時(shí)監(jiān)測。將具有高靈敏度、抗電磁干擾、體積小和質(zhì)量輕等特點(diǎn)的光纖光柵傳感器與聲發(fā)射檢測技術(shù)相結(jié)合是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文在調(diào)研聲發(fā)射檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，圍繞聲發(fā)射檢測技術(shù)，分別從聲發(fā)射檢測基本理論，光纖光柵聲發(fā)射檢測系統(tǒng)構(gòu)建，基于模態(tài)聲發(fā)射的源定位算法以及基于最優(yōu)化

2、方法和互相關(guān)的源定位方法四方面做了一系列的研究工作。
　　首先，理論推導(dǎo)了光纖光柵傳感器與聲發(fā)射應(yīng)力波的相互作用機(jī)理，得出了光纖光柵中心波長對(duì)聲發(fā)射應(yīng)力波的響應(yīng)規(guī)律，并研究了聲發(fā)射信號(hào)波長和光柵柵長等參數(shù)與聲發(fā)射信號(hào)檢測靈敏度之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，利用光纖光柵聲發(fā)射檢測系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)測試實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)聲發(fā)射信號(hào)分析和定位技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，從聲發(fā)射現(xiàn)象的物理本質(zhì)角度出發(fā)，詳細(xì)介紹了聲發(fā)射的產(chǎn)生機(jī)理，聲發(fā)射波在

3、介質(zhì)中的傳播規(guī)律以及聲發(fā)射檢測的基本原理。介紹了聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域特征值和聲發(fā)射參數(shù)分析方法。
　　然后，利用基于Gabor函數(shù)的小波變換對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了時(shí)頻分析，理論推導(dǎo)了聲發(fā)射信號(hào)波達(dá)時(shí)間與單頻率下Gabor小波變換系數(shù)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，將小波變換與閾值分析相結(jié)合自動(dòng)獲取聲發(fā)射信號(hào)時(shí)差。此外，對(duì)線定位及面定位原理進(jìn)行了深入分析及研究，得出了不同定位方法的定位范圍及誤差原因。最后，利用光纖光柵聲發(fā)射線定位及面定位系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)

4、驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法可靠性。
　　最后，提出一種新型聲發(fā)射源定位方法。利用最優(yōu)化方法構(gòu)建了聲發(fā)射面定位模型，通過加權(quán)廣義互相關(guān)獲取聲發(fā)射信號(hào)時(shí)差，并用遺傳算法對(duì)所建立優(yōu)化模型求解。利用該方法在光纖光柵聲發(fā)射面定位系統(tǒng)中進(jìn)行了定位實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該算法在未知波速的情況下對(duì)聲發(fā)射源可進(jìn)行高精度定位，且定位范圍不受傳感器陣列方式約束，增大了聲發(fā)射的源定位范圍。
　　本文所構(gòu)建的光纖光柵聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，為聲發(fā)射檢測提供了一種新的