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.     

混凝土不同深度裂纹对声发射波传播特性影响

为探究混凝土中不同深度裂纹对声发射波传播特性的影响,开展了不同深度裂纹的混凝土试件声发射试验,研究了不同深度裂纹对声发射波传播特性的影响,并进一步分析了不同深度裂纹存在对损伤信号的定位修正问题.结果表明：随着裂纹深度的增加,声发射信号的损伤变大,声发射波速降低.声发射低频段信号0～62.5 kHz能有效识别不同深度裂纹对声发射信号传播的损伤.基于不同深度裂纹对声发射信号的损伤变化规律,建立了考虑不同深度裂纹影响的修正波速关系模型,与传统时差定位方法相比,该方法对声发射源的定位更精确.     

声发射层析成像技术在混凝土结构中的应用

针对传统声发射源定位算法(如时差定位)应用于各向异性介质的局限性,将声发射层析成像方法(AE tomography)引入混凝土结构损伤定位,该算法以声发射事件作为点源,结合源定位算法和层析成像算法,通过波速变化重建物体结构缺陷(损伤)的慢度图,既适合于各向同性材料,也适合于各向异性材料.为了验证提出算法的可行性,制作了有和无钢筋2个不同结构的混凝土样本并通过了实验.实验结果表明所提出的方法不仅能通过声发射波速度变化实现损伤定位的可视化,而且相对于传统定位算法,混凝土样本结构缺陷(损伤)的定位精度也获得了进一步提高.     

影响微震震源定位精度的主要因素分析

 微震震源坐标是微震监测最基本和最重要的参数之一,定位精度的高低直接影响着微震分析的结果。研究分析了微震震源定位精度的影响因素,台站误差,速度误差及由优化算法带来的误差。采用优化算法确定震源的坐标及震源事件的发生时间时,不同算法求解的源坐标值相差很大,为此,如何选取合理的优化算法意义重大。将麦夸特法(LM)、简面体爬山法(SM)、准牛顿法(QN)、最大继承法(MIO)、自组织群移法(SOMA)、麦夸特法与全局优化算法(LM-GO)、简面体爬山法与全局优化算法(SM-GO)、准牛顿法与全局优化算法(QN-GO)、最大继承法与全局优化算法(MIO-GO)应用到震源定位中,分析不同算法对震源定位精度的影响。研究发现单纯使用MIO、QN、LM很容易陷入局部最优值,选用时应慎重,联合使用全局最优算法可以显著提高定位精度。SOMA、SM-GO、MIO-GO、LM-GO计算结果较为稳定,定位精度高,建议在声发射源与震源定位时优先选用。     

基于粒子群算法和平方根平淡卡尔曼滤波的北斗导航系统定位估计算法

为提高北斗定位系统(BDS)的估计精度,克服传统平淡卡尔曼滤波(UKF)算法中可能因状态量协方差矩阵失去正定性而导致滤波器发散的问题,将平方根平淡卡尔曼滤波(SRUKF)算法应用于BDS定位估计.在此基础上,为进一步提高SRUKF算法的性能,引入粒子群优化(PSO)算法,提出基于PSO和SRUKF算法的BDS定位估计(PSO-SRUKF)算法.结果表明,PSO-SRUKF算法可以降低系统噪声和测量噪声特性估计不准确带来的误差,有效提高了BDS定位精度和稳定性.     

噪音环境下桥梁损伤声发射定位技术研究

为研究噪音环境下桥梁损伤的声发射定位方法,并获取相应的技术参数,在一座运营中的预应力钢筋混凝土桥梁的箱梁内部进行了声发射定位试验,通过定位参数的选取、断铅模拟损伤的声发射定位试验、声发射信号的滤波除噪、定位图聚类等一系列试验,达到了比较满意的定位效果,定位误差控制在50 mm以内,并获得了桥梁检测中的声发射门槛值、定位波速以及三个定位时间参数值[峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)、撞击锁闭时间(HLT)]。试验结果表明,在运营桥梁上进行声发射损伤定位时,门槛值设为40 d B可以滤除大部分环境噪音,同时通过关联图对比分析、利用数字滤波除噪,并对定位图进行聚类,可以进一步提高定位精度,最终误差可以控制在50 mm以内。研究结果可为声发射损伤定位技术在桥梁检测及监测方面的推广应用提供借鉴。     

不同岩石声发射活动特性的实验研究

应用声发射及其定位技术,对不同岩样破裂过程的声发射活动规律进行实验研究,借以揭示不同岩样的破裂失稳机理.实验结果表明:几种岩石的破坏模式相同,均发生劈裂破坏;在相同实验条件下,在初始加载时,5种岩样产生的声发射事件均比较少;随着载荷的增加,不同岩石的声发射活动表现并非一致,砂岩在整个加载过程产生的声发射事件数最少,而花岗岩产生的声发射事件数最多;砂岩和花岗岩(红色)其声发射事件变化率非常明显,在破坏前无任何征兆;由于声发射事件定位是时差定位法,岩样波速影响着声发射事件的定位,砂岩、大理岩(黑色)及花岗岩(红色)等岩样没有得到定位结果;而花岗岩与大理岩的声发射定位结果,直观反映了其内部裂纹初始、...     

砂岩单轴循环加卸载过程中声发射信号特征与时空演化规律

为深入研究循环荷载作用下岩石内部微裂纹萌生、发展及贯通的时空演化规律,以砂岩为研究对象,开展了砂岩在单轴循环加卸载下的声发射试验。结果表明:借助不同方向的波速测试,可获得声波在岩石中的传播速度,为声发射定位提供合理的波速参数;通过合理布置传感器的位置,可准确定位破裂面的空间位置;加卸载过程中声发射事件数和能量呈现台阶状上升,表明声发射具有记忆效应;通过声发射事件空间定位与破坏岩样的对比,验证了两者的位置基本一致,表明声发射可有效获得岩石内部微裂纹发展的全过程。     

基于线性时差的回转支承声发射源定位及修正

利用线性时差定位法实现了回转支承声发射源的粗略定位,但基于阈值的时差估计使定位精度不高.为提高声发射源定位精度,通过构造时差修正信号并计算修正信号的平滑伪Wigner-Ville分布,得到阈值时差的修正值.结果表明,采用修正后的时差进行声发射源定位可提高定位精度,源定位最大绝对误差从未修正时的23.63 mm降低到11.57 mm.     

RBF与加权质心相结合的室内无线定位算法

针对传播路径损耗模型的参数,极易受室内障碍物等环境因素影响,导致定位精度低的问题.利用RBF(径向基函数)神经网络算法替代损耗模型,拟合RSSI(接收信号强度)值与距离的关系.采集室内RSSI值和其对应的距离值的实测数据,利用实测数据训练RBF神经网络,建立RSSI-距离拟合模型;利用拟合模型将经过处理的RSSI值转换为距离值,并将距离值按从小到大排序;取前3个离定位节点较近的固定节点的信息,进行加权质心定位计算.研究结果表明:RBF算法的定位精度比路径传播损耗模型算法提高了34.5%,且略高于BP算法的定位精度.在相同的室内环境下,RBF算法能更好地克服环境因素对距离计算的干扰,提高室内定位的精度和稳定性.     

风电叶片玻璃钢复合材料声发射衰减与源定位

为实现风电叶片结构健康监测中典型声发射源的特征分析和精确定位,以风电叶片玻璃纤维增强单向复合材料和多层复合材料为研究对象,采用Φ0.5mm铅芯为模拟声发射源,探讨声发射波在复合材料中的传播、衰减特性和定位精度.实验研究结果表明:单向复合材料纵向和横向的声发射传播与衰减特性明显不同,纵向声速大、衰减小;风电叶片现场检测中声发射源的精确定位,应综合考虑复合材料的结构和声学特性.     

一种不受波速影响的单端行波故障测距新算法

采用提升小波变换和奇异性检测原理对电流行波到达母线测量端的时刻进行检测.首先利用初始行波、故障点反射波及对端母线反射波计算出行波波速,然后在常规单端行波故障测距算法的基础上,通过消去行波波速参数,提出一种不受行波波速影响的单端行波故障测距新算法.PSCAD和MATLAB仿真验证结果证明该方法具有很高的测距精度和实用性.     

基于小波变换自适应匹配的高速铁路牵引网故障单端行波定位法

为减少高速铁路牵引网故障行波传播色散特性对行波波头检测和波速测量的影响,提高高速铁路牵引网故障行波定位的准确度,提出了基于小波变换自适应匹配的高速铁路牵引网故障行波定位方法。该法结合小波变换奇异性与相似性算法,对行波信号进行分析,提取小波函数多尺度分解结构重构的高频信号进行故障行波定位。行波波头到达时间由该高频信号经相似性算法分析,获取特征值点位置计算。行波的传播参考速度由模拟实验分析结果所得。现场测试故障行波数据分析表明,该高速铁路牵引网故障行波定位方法能有效提取故障行波特征,并消除行波传播色散特性影响,定位误差<100 m。     

小应力扰动下岩石弹性波速变化的波形检测

弹性波速变化能够反映岩石内部结构和应力的变化,成为工程结构监测的重要基础,其关键是实现小应力扰动下的高精度检测。在室内建立一套试验测量系统,对3类岩石的6块样品进行单轴压缩试验,同步记录小应力作用下岩石的应变、声发射及超声波波形。分析岩石非均质引起的多次散射波(尾波)特性,利用尾波干涉测量实现波速变化的高精度波形检测,发展小应力扰动下岩石弹性波速变化的检测方法,并对尾波波速随应力的变化规律进行分析。结果表明:尾波干涉测量可以实现小应力扰动下的高精度动态监测,具有对岩体扰动小、灵敏度高、稳定性好、操作简单的优点;所提方法应用的条件是介质散射强度高,尾波较为发育,观测系统重复性好;尾波波速随应力的相对变化率dv/v是岩石损伤状态的一种表征,尾波波速变化具有记忆效应;与声发射相比,所提方法稳定,易识别,可用于岩心地应力测试。     

基于模量传输时间差的直流线路双端故障测距

针对传统高压直流输电线路双端测距依赖高精度同步对时,对通信通道要求较高的问题,提出利用故障行波线模、零模分量在线路中的传输时差来计算故障距离的双端测距方法。该方法通过提取故障行波两种模态分量的暂态信息,检测两种模量分别到达线路两端处的时刻,利用两者的时间差实现故障定位,克服了因两端检测装置时钟不同步所引起的误差。对于线模零模波速难以确定的问题,利用数学方法结合仿真数据拟合出波速曲线,再通过多次迭代过程不断对行波波速和故障距离进行优化,最后得到更准确的行波模量波速和故障距离值。在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建系统仿真模型,模拟时间不同步、不同故障距离和过渡电阻情况下的输电线短路状况,通过分析仿真,结果表明该方法定位准确性高,耐过渡电阻能力强,且不受时间不同步影响,具有良好的稳定性。     

基于多传感器融合的埋地输水管道泄漏声发射定位方法

针对无裸露埋地输水管道泄漏源定位难度大、精度差的问题,利用声发射技术,基于贪心策略思想与声发射波衰减理论,构建了多传感器融合策略的埋地输水管道泄漏源定位算法。通过搭建埋地输水管道泄漏模拟试验平台,开展埋地输水管道泄漏试验,对泄漏源定位算法进行验证。试验结果表明：该算法应用贪心策略思想优化了泄漏源检测区域,结合声发射多传感器融合分析,实现了埋地输水管道泄漏源精准定位,定位点平均误差为6.52%,定位区域面积占检测面积3.79%。所提出的埋地管道泄漏源定位方法,能够实现输水管道位置未知情况下泄漏源的精确定位,有效提高泄漏源定位的工作效率,可为埋地供水管网泄漏源定位提供理论和方法基础。     

基于MSFG的机载BITE故障定位算法研究

故障定位是机载BITE的重要功能,定位结果的准确性对维修测试有着重要影响。基于多信号流图模型,在构造故障-测试关联矩阵和故障-故障关联矩阵的基础上,引入故障信息矢量和故障定位矩阵,并给出适用于机载BITE故障定位的矢量描述和矩阵定义,进而提出一种简单、有效的故障定位算法。实例验证表明,该算法能够对系统中的故障源进行准确定位。     

复合材料层合板损伤的延迟累加成像算法

由于复合材料结构的各向异性,导致难以准确获得导波的波速和传播时间。因此在使用传统的延迟累加成像算法对复合材料结构进行损伤识别过程中,会造成损伤定位精度的降低。考虑到复合材料的各向异性导致导波在各个方向的波速并不相同,提出了一种改进的延迟累加损伤成像算法。该方法通过利用激励器与成像点以及成像点与传感器之间的方向角,在成像过程中选取了不同的方向波速进行损伤识别。通过一复合材料层合板冲击损伤的监测实验,将所提算法与采用不同方向波速的传统延迟累加成像算法进行对比,对所提方法的有效性进行了验证。实验结果表明:相比于采用单一速度的延迟累加成像算法,该方法的损伤监测误差控制在4%以内。