无须测量声速的声发射源定位方法研究

　　1引言

　　声发射技术是根据材料或结构内部发出的应力波判断结构内部损伤程度的1种动态无损检测方法[1]，从20世纪so年代开始声发射技术被广泛应用于设备无损检测、在线监控等场合[2]。声发射的源定位技术是声发射技术研究的核心问题之一，其定位准确程度反映声源检测位置与真实位置的符合程度[3]。

　　许多科学工作者对声发射的源定位进行了大量的研究，提出了许多高效、准确的定位方法，如基于模态分析和小波变换的定位方法、基于神经元网络系统的定位方法等[2-6]。但目前的声发射仪器进行定位仍普遍采用传统的第1次门槛跨越技术时差定位方法[7]，该方法技术比较成熟，但需要预先给定声速或实测声速。波的传播速度受到传播介质的材质、尺寸及表面状态等因素影响[8]，当输人的声速不同于被测物体中的真实声速时，将给系统定位带来误差，而实测声速受探头间距的大小影响较大:当间距较大时，一般容器的实测声速约在2 800~3 100 m/s之间，而间距较小时，实测声速在5 000 m/s左右[8]。总之，在目前的声发射仪定位系统中还不能消除声速偏差带给定位的影响。为解决这一问题，提高系统定位精度，本文提出一种多探头定位法，利用该方法定位比传统定位法多用一个探头，但却不用测量声速，能避免声速偏差带给定位的影响。

　　2多探头定位法

　　2.1线定位

　　传统的时差定位法在线定位时需要2个探头并已知声速，多探头定位法在线定位时需要3个探头但不必知道声速。设声发射仪3个探头和声发射源布置如图I所示。以探头I为原点建立坐标系，设声发射源和探头2,探头3坐标分别为x ,x2 'x3，声发射源产生的信号到各探头的时间分别为t1:t2 t3。以t1为基准，声发射仪利用第I次门槛跨越技术能测量到各探头接收到信号的时差为:△t2=t2-t1、;△t3=t3-t1，设声速为v，则有:

　　2.2平面定位

　　在平面定位中，多探头定位法需要4个探头。将用于定位的4个换能器探头布置成正方形，以正方形中心为为原点建立坐标系，如图2所示。声发射源产生的信号到各探头的时间分别为:t1 ,t2 ,t3,t4。以t1为基准，声发射仪测量到各探头接收到信号的时差为:Δt2=t2一t1;Δt3=t3一t1;Δt4=t4-t1，有:

　　解得：

3实验测量

　　为了检测这一定位方法的正确性，本文分别对线定位和平面定位进行了实验验证。实验用仪器为AE21C型四通道声发射仪，以0. 5 mm铅笔芯折断产生信号作为模拟突发型声发射信号。线定位实验在外径为犯mm的碳钢管上进行，探头按图1所示布置;平面定位在厚为6mm，边长为1 000 mm的正方形碳钢板上进行，探头按图2所示布置。平面定位中，由于探头布置的对称性，故所有测试点均落在第1象限。声发射仪探头接收到信号的时差及定位计算结果如表1和表2所示。