声发射定位的稳健算法

针对岩石力学实验声发射三维定位常规算法精度较低的问题,分析各种改进的定位算法。通过使用波速均匀的样品进行人工触发声发射实验发现,随机误差是岩石实验中声发射定位不准的最主要因素。为消除随机误差,采用最小绝对偏差法进行定位。绝对偏差最小法是一种适合于存在离群点时的稳健估计算法,可以克服最小二乘法仅在误差为正态分布时才有效的缺点。实验结果表明,与最小二乘法相比,当数据中存在个别误差较大的离群点时,采用最小绝对偏差法可以使得定位精度得到明显改善。

不同岩石声发射定位算法及其实验研究

应用声发射定位技术实验研究了不同加载方式下不同岩石(花岗岩、砂岩)破裂过程中内部裂纹扩展的三维空间演化过程;对Geiger定位算法和单纯形定位算法的定位原理进行了分析,并对两种定位算法的定位精度进行了探讨.研究表明:声发射定位事件直观反映了裂纹萌生、扩展的动态演化过程,声发射事件的定位结果与岩石试样的实际破坏模式非常吻合;单纯形算法的定位精度要高于Geiger算法,但定位的声发射事件数少于Geiger算法.在基于声发射定位技术对岩石失稳破裂过程进行研究时,可根据具体情况选用定位方法,也可通过两种或多种定位算法的对比分析来获得更精确的定位结果.

基于光纤光栅阵列和MVDR算法的声发射定位

基于光纤光栅(FBG)传感器网络构建了声发射检测系统,并提出了最小方差无失真响应(MVDR)的声发射源定位方法。构建的系统由7个FBG传感器组成传感器线阵列,采用未经平坦的放大自发辐射(ASE)光源边缘滤波实现信号解调。利用Shannon小波变换从频散复杂的声发射信号中提取窄带信号,并基于MVDR算法扫描整个监测区域获取空间谱。根据空间谱函数计算输出值,并将计算的输出值作为像素值。最后,通过提取空间谱中的最大值的坐标确定声发射源的位置。在LY12铝合金板上进行了实验验证。结果表明,该方法在400mm×400mm的区域内,声发射定位的最大误差为9.4mm,平均误差为7.2mm,耗时小于3s。该系统具有较高的实时性和定位精度,是一种声发射源定位的新方法。

支持向量机在岩石破裂失稳声发射定位实验中的应用

声发射技术是研究岩石变形破坏微观机理的重要手段,对开采扰动下采空区煤岩破裂失稳的机制和前兆预测具有重要意义。基于声发射定位实验,利用支持向量机方法,对煤岩单轴抗压破裂与失稳过程中的声发射信号进行分析与预测,为采空区煤岩破裂定量化预测提供科学依据。

基于声发射定位技术岩石破坏逾渗特征研究

通过单轴加载条件下岩石破坏声发射实验,分析了岩石在受载过程中破坏单元的演化规律,对岩石破坏过程中的逾渗特征进行了探讨.分析结果表明:声发射定位事件反映了岩石内部微裂纹产生、扩展的演化过程,基于声发射定位事件对岩石内部破坏单元进行划分,能够反映破坏单元从无序分布向有序集中的自组织演化过程.岩石失稳破坏前,破坏集团数目与破坏集团规模——数目的负幂指数均出现增长变缓的趋势,反映了破坏单元的大面积贯通过程,岩石由稳定的破裂阶段转变为非稳定的破裂阶段.在破坏单元达到一定概率时应变开始突发式增长.基于声发射定位事件对破坏单元进行划分,从物理实验的角度研究岩石逾渗问题,具有实际应用价值.

基于改进灰狼算法的岩石声发射定位研究

针对岩石力学试验中传统的声发射定位算法存在局限性,将灰狼算法(GWO)引入声发射定位研究中,该算法模仿了狼群的领导阶层与狩猎机制,用α、β、δ和ω 4种灰狼来模拟头狼领导,通过搜寻猎物、包围猎物和攻击猎物3个步骤实现目标的发现到捕获的全过程。在原始灰狼算法的基础上,针对其局部搜索能力欠佳的缺陷,修改收敛因子递减方式和淘汰最劣个体,提出基于种群记忆淘汰制的改进灰狼算法(BGWO)。基于预制裂隙岩石试件单轴压缩声发射试验结果,对比分析BGWO、GWO、引力搜索法(GSA)、Geiger算法、最小二乘法(LS)算法等5种定位算法的性能,发现改进后的BGWO算法在声发射定位搜索效率、搜索精度、稳定性和试验结果模拟方面效果优于其他算法。

基于粒子群优化算法的未知波速声发射定位数值模拟

针对岩石力学试验中基于时差定位算法中声发射定位精度受岩石波速等诸多因素的影响问题,提出基于粒子群优化的未知波速声发射定位算法。该算法将岩石波速作为未知值,根据拾取到的时差建立基于最小二乘法原理的目标函数,利用粒子群优化算法,求解目标函数,寻得目标位置和波速。权重系数是影响该算法精度及其稳定性的重要因素,首先通过数值试验模型确定最优权重系数为0.729 8,可以满足算法精度及其稳定性。数值仿真结果表明,由选取的权重系数最后计算精度高于传统已知波速算法。为验证该算法的实际应用效果,进行断铅试验,结果表明该算法优于传统已知波速算法。

基于FBG和BP神经网络的声发射定位方法

针对传统基于神经网络的声发射定位选择的样本不具有广泛代表性的问题,提出了基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感和反向传播(back propagation,简称BP)神经网络的声发射定位技术。该方法使用提取的窄带信号间时差作为样本,无需考虑损伤特性及波速对定位的影响,同时使用Levenberg-Marquardt(简称LM)算法训练样本,提高了BP神经网络的训练速度。在500mm×500mm的铝合金板上进行实验,声发射定位的平均误差为6.65mm,验证了该方法的有效性和准确性。

基于光纤光栅和支持向量机的声发射定位系统

利用光纤光栅传感器和边缘滤波原理构建传感系统,结合小波分解与重构和支持向量机算法,对铝合金板声发射定位进行了研究。根据划分区域进行声发射实验,探索声发射源所在区域与信号特征之间的关系。在对声发射信号进行小波分解的基础上,使用近似系数和细节系数进行重构,并对重构后的各信号计算其振荡能量作为信号特征,进行声发射区域识别。以重构信号的振荡能量作为输入、声发射区域位置类别作为输出构建支持向量机多分类模型,实现了声发射区域定位识别。实验结果表明,在400mm×400mm×2mm的铝合金板上对36个测试样本进行了多次声发射区域定位识别,在180次模拟实验中实现了176次声发射区域准确定位,正确率达到97.78%,声发射区域识别精度为30mm×30mm。该研究结果为机械结构的声发射区域定位检测提供了有效方法。

改进的神经网络技术在声发射定位中的应用

针对时差定位法受很多因素影响的弊端,将神经网络技术应用到声发射源定位中。提取最能揭示声发射源的特征参数和运用主元分析技术来降低输入样本的数量;采用增加隐含层神经元个数探讨它们的误差变化来确定隐含层;运用附加动量法和优化选取初始阈值等措施进行网络设计。将设计好的网络运用到实例中,通过与实际缺陷位置的比较,结果表明,选择合理的网络结构和输入参数可准确定出结构损伤位置,且精度有较大的提高,计算更简单有效。

联合改进作用距离和Dijkstra算法的复杂结构声发射定位方法及应用

声发射定位对含空区等复杂结构的连续动态安全监测具有重要意义。针对直线路径定位方法不适用于复杂结构,而常规Dijkstra搜索算法常出现局部最优路径等问题,提出了一种联合改进作用距离和Dijkstra算法的声发射定位方法,实现复杂结构下声发射的高精度定位。理论测试显示:基于改进作用距离的Dijkstra算法得到的P波传播路径长度小于等于常规作用距离的Dijkstra算法,即P波走时更为准确。理论测试和断铅试验定位测试表明:本文提出的定位方法在复杂结构声发射定位时的整体误差在0.50 cm范围之内,断铅事件平均定位误差由常规作用距离Dijkstra算法的0.95 cm下降至本文的0.54 cm。改进的声发射定位方法在复杂结构声发射定位方面具有很好的应用前景。

典型载人航天器密封舱结构空间碎片高速撞击声发射定位技术研究

空间站等大型载人航天器因体积大、在轨时间长容易受到空间碎片撞击,作为应对措施,人们提出利用空间碎片在轨感知系统实时监测撞击事件,撞击点定位是在轨感知系统的基本任务之一。为此,本文首先测量了加筋板内s0波波速,根据波速变化规律提出名义波速的概念,在此基础上将虚拟波阵面法推广用于载人密封舱结构,实现对空间碎片撞击事件的精确定位。最后,分别进行了碎片云高速撞击周期性加筋板和空间站小柱段舱壁枪击定位试验,试验结果表明:可将密封舱内声发射信号传播速度视为定值即"名义波速",在此基础上虚拟波阵面法可推广用于密封舱结构。

神经网络技术在声发射定位中的应用

针对时差定位方法受很多因素影响的弊端,本文把神经网络技术应用到声发射源定位当中.为降低输入样本的数量,提取最能揭示声发射的特征参数和运用主元分析技术;采用增加隐含层神经元个数探讨它们的误差变化来确定隐含层;运用附加动量法和优化选取初始阈值等措施进行网络设计.最后,把设计好的网络运用到实例当中,通过与实际缺陷位置的比较,结果表明:选择合理的网络结构和输入参数可以准确地定出结构损伤位置,且精度有较大的提高、计算更有效、简单.

基于Lebenberg_Marquardt的声发射源定位算法

声发射是一种寻找材料破裂点或地震发声源位置非常有效的方法,在本次实验中介绍了声发射源定位中时差定位法的基本原理,将定位问题转化为多元非线性方程组求解问题。根据问题特点,将传统的Geiger定位算法与Lebenberg_Marquardt算法相结合,通过改进Geiger算法的迭代方向与迭代步,极大地减少了算法的时间复杂度,提高了算法的精确度。数值仿真算例表明:该方法能有效地解决了迭代时雅可比矩阵与其转置矩阵接近奇异时dk过大的问题,保证了算法的收敛性并且提高了迭代算法的收敛速度。

基于时差法的复杂转子系统声发射源定位算法

在复杂转子系统的碰摩声发射源定位中,常规的广义互相关时延估计算法难以得到准确的时延值,进而无法进行准确定位。针对这一问题,引入基于平滑相干变换(Smoothed Coherence Transform, SCOT)的双加权二次互相关时延估计算法,计算声发射源信号的到达时间差;再利用Hilbere差值法对相关峰值进行锐化,减小在碰摩过程中噪声的干扰,以获得较为精确的时延估计结果;最后使用得到的时延值进行声发射源定位。实验结果表明,与常规的广义互相关算法相比,该算法对复杂转子系统碰摩声发射源定位具有较高的定位精度。

频域加权陷波多声发射源定位与伪源辨识方法

针对信号处理中的稀疏阵列有时会出现栅瓣和伪峰的现象,进而影响波束形成法在结构损伤定位中应用的问题,提出了基于频域加权波束零陷的未知真实声发射源数量的声发射定位与伪源辨识方法。首先,推导研究了波束零陷思想在二维频域加权波束形成方法中的作用机理;然后,基于频域加权陷波的波束形成方法,提出了在未知真实声发射源数量情况下的伪声发射源的辨识和真实声发射源的定位流程;最后,在存在较多伪声发射源干扰情况下进行了单声发射源和同时多声发射源的定位试验,验证了所提出方法的准确性。研究结果表明,所提出的方法对于推广波束形成法在结构健康监测领域的应用具有价值。

基于声发射的扫地机器人外壳碰撞点定位研究

扫地机器人领域的核心问题是定位问题,对扫地机器人行进过程中的碰撞位置进行有效定位是提高清扫效率的关键。声发射作为一种新型的无损检测技术,它的信号特性让其能在各种材料环境下进行定位实验。基于声发射技术的时差定位系统对于碰撞信号这种突发型信号有较好的捕捉定位能力,采用声发射时差法研究扫地机器人外壳在发生碰撞时的对应位置并进行定位误差分析。结果表明,声发射时差定位法能简单且快速地对碰撞点进行有效定位,利用声发射时差定位计算出的坐标与实际碰撞点坐标的误差最大值为8.45 mm,最小值为0.7 mm。研究结果可为实验研究和工程中声发射事件的精确定位提供重要参考。

针对不连续带洞结构的声发射源定位方法研究

由于兰姆波在舷窗等带孔结构表面的传播路径不再是线性路径,传统方法难以解决撞击的声源定位问题。本文针对该问题,提出了一种基于声发射的网格映射概率成像定位方法。该方法通过建立网格映射模型解决了信号传播的非线性路径难题,并通过对网格节点的信号最快传播路径计算得到相应的理论时间差值。之后利用自适应能量阈值方法与AIC方法计算信号的实际到达时间差,通过比较理论值与实际值的偏差构建概率图像以实现定位解算。通过有限元模拟分析了带洞结构对兰姆波传播路径的影响,给出信号传播路径的确定依据。通过对32个撞击点的定位实验验证了定位方法的可行性,平均绝对误差为1.15 cm。

基于FBG传感网络和时间反转聚焦成像方法的声发射定位技术研究

针对传统声发射定位系统存在的结构复杂、难以组网、定位精度低等问题,设计了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器网络和时间反转聚焦成像的声发射定位方法。在对时间反转聚焦定位原理分析的基础上,利用四个FBG传感器构建四点定位系统,并采用窄带激光边缘滤波技术实现信号解调。利用Morlet小波提取信号中特定频率成分,并计算模值和时差。通过建立时间反转聚焦模型实现声发射源定位,并在铝合金板结构上对整套成像定位方法进行验证。实验结果表明,该方法能有效地对400mm×400mm监测区域进行声发射定位成像,定位误差小于20mm,耗时小于2s。为声发射检测和定位提供了一种新的方法。

转子碰摩声发射源定位中的广义互相关时延估计研究

具有多模态波特征的转子系统碰摩声发射源信号在复杂体波导传播过程中,由于各模态波的速度差异及波形变异,常规的相关分析算法难以得到准确的时间差而无法进行准确的声源定位。针对这一问题,引入广义互相关(generalized cross correlation,GCC)时延估计方法计算声发射信号的达到时间差。基于模态声发射和随机过程理论建立声发射信号的传播模型,为消除噪声对定位的影响,提出基于相同分数阶因子和不同分数阶因子的最佳线形分数傅里叶(Fourier)变换域滤波的GCC时延估计;针对声发射信号在传播中因频散效应引起的波形变异,导致无法获取最大相关点的问题,提出对信号进行分段相关乘积处理和分段相关指数变换处理的改进方法。实验结果表明,GCC时延估计对在复杂体机构中传播的声发射信号能获得较好的相关性,具有较高的定位精度。