航天器加筋平板自适应阈值互相关定位系统及算法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010240696.0 (22)申请日 2020.03.31 (71)申请人 天津大学 地址 300071 天津市南开区卫津路92号 (72)发明人 张宇岳桂轩芮小博封皓 曾周末綦磊黄新敬 (74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 代理人 霍慧慧 (51)Int.Cl. G01N 29/14(2006.01) G01N 29/44(2006.01) G01N 29/50(2006.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 航天。

2、器加筋平板自适应阈值互相关定位系 统及算法 (57)摘要 本发明涉及一种航天器加筋平板自适应阈 值互相关定位系统， 其特征在于： 待检测试件上 设置若干传感器， 若干传感器均连接至信号放大 器， 信号放大器连接至声发射采集仪， 声发射采 集仪连接至计算机。 本发明还涉及一种航天器加 筋平板自适应阈值互相关定位算法， 其特征在 于： 算法的步骤为： 1)开启定位系统， 并接收碎片 碰撞产生的碰撞信号； 2)采用自适应阈值截取算 法截取步骤1)中合适的碰撞信号片段； 3)采用互 相关定位算法对步骤2)截取的碰撞信号片段进 行处理， 获得待检测试件各个位置的碰撞发生概 率， 构成碰撞概率云图， 选取。

3、云图中碰撞概率最 大的位置作为碰撞定位结果。 本发明设计科学合 理， 能够实现航天器加筋平板的碰撞定位， 提高 定位精度。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 111474244 A 2020.07.31 CN 111474244 A 1.一种航天器加筋平板自适应阈值互相关定位系统， 其特征在于： 所述定位系统包括 待检测试件、 传感器、 信号放大器、 声发射采集仪及计算机， 所述待检测试件上设置若干所 述传感器， 所述若干传感器均连接至所述信号放大器， 所述信号放大器连接至所述声发射 采集仪， 所述声发射采集仪连接至所述计算机。 2.根据权利要求1所述的航天器加筋平板自适应阈值互相关。

4、定位系统， 其特征在于： 所 述若干传感器的个数为812个。 3.根据权利要求1所述的一种航天器加筋平板自适应阈值互相关定位算法， 其特征在 于： 所述算法的步骤为： 1)开启定位系统， 并接收碎片碰撞产生的碰撞信号； 2)采用自适应阈值截取算法截取步骤1)中合适的碰撞信号片段； 3)采用互相关定位算法对步骤2)截取的碰撞信号片段进行处理， 获得待检测试件各个 位置的碰撞发生概率， 构成碰撞概率云图， 选取云图中碰撞概率最大的位置作为碰撞定位 结果。 4.根据权利要求3所述的航天器加筋平板自适应阈值互相关定位算法， 其特征在于： 所 述步骤2)中自适应阈值算法为： 1)使用数字滤波器对传感器阵。

5、列采集到的信号进行滤波处理， 确保信号为相同频段下 的兰姆波信号； 2)选取传感器阵列中的一个特定阵元作为参考传感器， 依据各传感器所采集信号中， 碰撞信号到达之前的噪声信号的幅值比值关系确定各传感器与参考传感器的阈值放大倍 数： 其中： Ai为第i号传感器相对参考传感器的阈值放大倍数； Ni为第i号传感器的噪声信号幅值； NR为参考传感器的噪声信号幅值。 在确定阈值放大倍数后， 各传感器的阈值大小由参考传感器阈值与阈值放大倍数相乘 得到： TiAiTR 其中： Ti为第i号传感器相的阈值； TR为参考传感器的阈值， TR根据实验选取合适的经验值得到； 3)选取信号时刻中， 该时刻之后连续30。

6、0个点信号幅值大于阈值的时刻作为信号到达 时间， 截取信号到达时间前49个点至信号到达时刻后250个点共300个点， 作为用于互相关 算法处理的信号片段。 5.根据权利要求3所述的航天器加筋平板自适应阈值互相关定位算法， 其特征在于： 所 述步骤3)中互相关定位算法为： 1)选择两个不同传感器作为一组传感器组， 对所有传感器组所截取的信号片段进行互 相关运算， 假设传感器阵列共有n个传感器， 则最终会获得N(n-1)n/2个互相关曲线， 将使 权利要求书 1/2 页 2 CN 111474244 A 2 用第i个传感器与第j个传感器的信号片段计算得到的互相关曲线记为Ci,j(t)； 2)将被测。

7、试件进行网格划分， 每个网格尺寸为1cm1cm， 各网格取网格中心作为网格 位置； 3)根据网格位置到传感器之间的距离， 计算针对某一组传感器， 两传感器接收到该网 格位置发出信号的时间差， 根据此时间差索引对应互相关曲线中的互相关系数作为碰撞概 率计算的依据， 具体公式如下： 其中： Pn为第n个网格的碰撞概率； tn,I,j为第n个网格在由第i个传感器和第j个传感器信号计算获得的互相关曲线的时间 延时； N为互相关曲线的个数； tn,I,j由一下公式计算获得： 其中： dn,I， dn,j为第n个网格位置与第i个传感器与第j个传感器之间的距离； v为声波在被测试件中的传播速度； ti,j为。

8、信号截取造成的时间偏移； 4)完成所有网格的碰撞概率计算后， 取碰撞概率最大网格的网格位置作为碰撞定位结 果。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111474244 A 3 航天器加筋平板自适应阈值互相关定位系统及算法 技术领域 0001 本发明属于航天器无损检测领域， 涉及航天器加筋平板无损检测， 特别涉及一种 航天器加筋平板自适应阈值互相关定位系统及算法。 背景技术 0002 航天器碰撞定位技术根据原理可分为声发射法、 红外法、 光纤法、 电阻薄膜法等。 其中声发射法优于具有结构简单、 检测速度快等优点而被广泛研究使用。 在声发射法中， 传 统的时差法在普通平板中可获得良好的定位效果， 然。

9、而我国航天器为增加结构强度广泛使 用具有加强筋结构的平板， 在这种结构中传统的时差法无法获得理想的定位结果。 0003 针对这一问题， 一些学者提出了一些新的定位方法， 如互相关定位方法。 互相关定 位方法通过使用分布式传感器阵列， 同步采集检测结构上不同位置的声发射信号， 通过对 采集到的不同位置信号进行互相关分析获取不同位置的碰撞概率估计， 以此作为碰撞定位 依据进行定位。 该方法经实验验证具有可行性， 而仍然存在改进空间。 本发明结合传统时差 法与互相关法， 提出一种可实现加筋板结构碰撞定位的航天器加筋平板自适应阈值互相关 定位算法。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服现有技术的不。

10、足， 提供一种航天器加筋平板自适应阈值互 相关定位系统及算法， 能够实现航天器加筋平板的碰撞定位， 提高定位精度。 0005 本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的： 0006 一种航天器加筋平板自适应阈值互相关定位系统， 其特征在于： 所述定位系统包 括待检测试件、 传感器、 信号放大器、 声发射采集仪及计算机， 所述待检测试件上设置若干 所述传感器， 所述若干传感器均连接至所述信号放大器， 所述信号放大器连接至所述声发 射采集仪， 所述声发射采集仪连接至所述计算机。 0007 而且， 所述若干传感器的个数为812个。 0008 一种航天器加筋平板自适应阈值互相关定位算法， 其特征在于。

11、： 所述算法的步骤 为： 0009 1)开启定位系统， 并接收碎片碰撞产生的碰撞信号； 0010 2)采用自适应阈值截取算法截取步骤1)中合适的碰撞信号片段； 0011 3)采用互相关定位算法对步骤2)截取的碰撞信号片段进行处理， 获得待检测试件 各个位置的碰撞发生概率， 构成碰撞概率云图， 选取云图中碰撞概率最大的位置作为碰撞 定位结果。 0012 而且， 所述步骤2)中自适应阈值算法为： 0013 1)使用数字滤波器对传感器阵列采集到的信号进行滤波处理， 确保信号为相同频 段下的兰姆波信号； 0014 2)选取传感器阵列中的一个特定阵元作为参考传感器， 依据各传感器所采集信号 说明书 1/。

12、4 页 4 CN 111474244 A 4 中， 碰撞信号到达之前的噪声信号的幅值比值关系确定各传感器与参考传感器的阈值放大 倍数： 0015 0016 其中： 0017 Ai为第i号传感器相对参考传感器的阈值放大倍数； 0018 Ni为第i号传感器的噪声信号幅值； 0019 NR为参考传感器的噪声信号幅值。 0020 在确定阈值放大倍数后， 各传感器的阈值大小由参考传感器阈值与阈值放大倍数 相乘得到： 0021 TiAiTR 0022 其中： 0023 Ti为第i号传感器相的阈值； 0024 TR为参考传感器的阈值， TR根据实验选取合适的经验值得到； 0025 3)选取信号时刻中， 该时。

13、刻之后连续300个点信号幅值大于阈值的时刻作为信号 到达时间， 截取信号到达时间前49个点至信号到达时刻后250个点共300个点， 作为用于互 相关算法处理的信号片段。 0026 而且， 所述步骤3)中互相关定位算法为： 0027 1)选择两个不同传感器作为一组传感器组， 对所有传感器组所截取的信号片段进 行互相关运算， 假设传感器阵列共有n个传感器， 则最终会获得N(n-1)n/2个互相关曲线， 将使用第i个传感器与第j个传感器的信号片段计算得到的互相关曲线记为Ci,j(t)； 0028 2)将被测试件进行网格划分， 每个网格尺寸为1cm1cm， 各网格取网格中心作为 网格位置； 0029 。

14、3)根据网格位置到传感器之间的距离， 计算针对某一组传感器， 两传感器接收到 该网格位置发出信号的时间差， 根据此时间差索引对应互相关曲线中的互相关系数作为碰 撞概率计算的依据， 具体公式如下： 0030 0031 其中： 0032 Pn为第n个网格的碰撞概率； 0033 tn,I,j为第n个网格在由第i个传感器和第j个传感器信号计算获得的互相关曲线的 时间延时； 0034 N为互相关曲线的个数； 0035 tn,I,j由一下公式计算获得： 0036 0037 其中： 0038 dn,I， dn,j为第n个网格位置与第i个传感器与第j个传感器之间的距离； 说明书 2/4 页 5 CN 1114。

15、74244 A 5 0039 v为声波在被测试件中的传播速度； 0040 ti,j为信号截取造成的时间偏移； 0041 4)完成所有网格的碰撞概率计算后， 取碰撞概率最大网格的网格位置作为碰撞定 位结果。 0042 本发明的优点和有益效果为： 0043 1、 本发明设计科学合理， 能够实现航天器加筋平板的碰撞定位， 提高定位精度。 附图说明 0044 图1为本发明定位系统的结构示意图； 0045 图2是本发明的算法流程图。 0046 附图标记说明 0047 1-待检测试件、 2-传感器、 3-信号放大器、 4-声发射采集仪、 5-计算机。 具体实施方式 0048 下面通过具体实施例对本发明作进。

16、一步详述， 以下实施例只是描述性的， 不是限 定性的， 不能以此限定本发明的保护范围。 0049 一种航天器加筋平板自适应阈值互相关定位系统， 其创新之处在于： 定位系统包 括待检测试件1、 传感器2、 信号放大器3、 声发射采集仪4及计算机5， 待检测试件上设置8个 传感器， 该8个传感器均连接至所述信号放大器， 信号放大器连接至所述声发射采集仪， 声 发射采集仪连接至所述计算机。 0050 一种航天器加筋平板自适应阈值互相关定位算法， 其创新之处在于： 算法的步骤 为： 0051 1)开启定位系统， 并接收碎片碰撞产生的碰撞信号； 0052 2)使用数字滤波器对传感器阵列采集到的信号进行滤。

17、波处理， 确保信号为相同频 段下的兰姆波信号； 0053 3)选取传感器阵列中的一个特定阵元作为参考传感器， 依据各传感器所采集信号 中， 碰撞信号到达之前的噪声信号的幅值比值关系确定各传感器与参考传感器的阈值放大 倍数： 0054 0055 其中： 0056 Ai为第i号传感器相对参考传感器的阈值放大倍数； 0057 Ni为第i号传感器的噪声信号幅值； 0058 NR为参考传感器的噪声信号幅值。 0059 在确定阈值放大倍数后， 各传感器的阈值大小由参考传感器阈值与阈值放大倍数 相乘得到： 0060 TiAiTR 0061 其中： 0062 Ti为第i号传感器相的阈值； 说明书 3/4 页 。

18、6 CN 111474244 A 6 0063 TR为参考传感器的阈值， TR根据实验选取合适的经验值得到； 0064 4)选取信号时刻中， 该时刻之后连续300个点信号幅值大于阈值的时刻作为信号 到达时间， 截取信号到达时间前49个点至信号到达时刻后250个点共300个点， 作为用于互 相关算法处理的信号片段； 0065 5)选择两个不同传感器作为一组传感器组， 对所有传感器组所截取的信号片段进 行互相关运算， 假设传感器阵列共有n个传感器， 则最终会获得N(n-1)n/2个互相关曲线， 将使用第i个传感器与第j个传感器的信号片段计算得到的互相关曲线记为Ci,j(t)； 由于加 筋板反射以及。

19、信号信噪比不理想等情况的影响， 计算获得的互相关曲线可能存在多个峰 值， 造成定位误差， 因此在这一步建议使用高斯拟合对互相关曲线进行预处理。 同时为了使 每组传感器对最终碰撞概率产生等量贡献， 还可对曲线进行归一化处理。 根据本发明所提 出的原理， 高斯拟合操作与归一化操作不影响该方法的合理性； 0066 6)根据网格位置到传感器之间的距离， 计算针对某一组传感器， 两传感器接收到 该网格位置发出信号的时间差， 根据此时间差索引对应互相关曲线中的互相关系数作为碰 撞概率计算的依据， 具体公式如下： 0067 0068 其中： 0069 Pn为第n个网格的碰撞概率； 0070 tn,I,j为第。

20、n个网格在由第i个传感器和第j个传感器信号计算获得的互相关曲线的 时间延时； 0071 N为互相关曲线的个数； 0072 tn,I,j由一下公式计算获得： 0073 0074 其中： 0075 dn,I， dn,j为第n个网格位置与第i个传感器与第j个传感器之间的距离； 0076 v为声波在被测试件中的传播速度； 0077 ti,j为信号截取造成的时间偏移； 0078 7)完成所有网格的碰撞概率计算后， 取碰撞概率最大网格的网格位置作为碰撞定 位结果。 0079 尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图， 但是本领域的技术人员可以理 解： 在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内， 各种替换、 变化和修改都是可能的， 因此， 本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。 说明书 4/4 页 7 CN 111474244 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 111474244 A 8 。