一种声发射信号监测方法及系统与流程

1.本发明涉及声发射监测技术领域，尤其是涉及一种声发射信号监测方法及系统。


背景技术：

2.声发射技术用来探测材料中活性缺陷局域源快速释放能量产生瞬态弹性波。大多数材料在变形和断裂时有声发射现象发生，另外，流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的事件也有声发射现象。一般地，声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。各种材料声发射信号的频率范围很宽，从几赫兹的次声频、20hz～20khz的声频到数mhz的超声频；并且，声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波，都需要借助灵敏的电子仪器进行有效探测并记录声发射信号，才能利用声发射信号推断声发射源，评估材料的状态。例如：使用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源。因此，传感器对于声发射信号的有效、高效采集是至关重要的。
3.现有声发射监测技术是由压电陶瓷传感器实现的，耦合在待检测试件上，接收声发射信号后，声波微弱的机械振动引发陶瓷表面的微弱振动，压电晶体将微弱的机械振动转变为电信号，经前置放大器放大，再用滤波器除去机械噪声，然后由主放大器将信号进一步放大，以便进行信号处理。压电陶瓷传感器对于固体传播的声发射信号监测效果尚可，声波信号需越过检测门槛才能被记录下来，再采用多通道进行定位。但对于经过气体或固体传播的声发射信号很难引发陶瓷晶体的微振动而有效捕捉到声发射信号，同时经过气液传播的声信号衰减较大，并且这类声源信号具有微弱性和多向性特征。另外，传统压电传感器只有一个传感界面，容易丢失其他方向传播的声波信号。综上所述，采用传统压电陶瓷传感器，会使得声源信号难以全面获取，而导致声源信息丢失，无法准确对声源进行识别定位，从而对材料结构状态评价不准确。
4.因此，现有技术需要提供一种能够适用于气液介质传播的声发射信号监测方法，该方法在气体和液体环境中，能够具有高灵敏度和声强增益的信号采集效果，并对声发射源进行定位识别。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种声发射信号监测方法，所述方法包括：步骤一、将传感装置内的反射部的凹面朝向待监测体；步骤二、根据待监测体所输出的声发射波的频率范围，计算所述反射部的焦点范围，并将传感模块设置于所述焦点范围内，所述焦点范围为传感模块在采集待监测体不同位置处发出的声发射波所形成的声波信号时所对应的有效探测范围内的最佳安装位置；步骤三、根据所述传感装置的有效探测范围和所述传感装置的配置数量，对所述传感装置与待监测体进行位置匹配；步骤四、在所述传感装置内的传感模块接收到经气液介质传播的声发射波所形成的声波信号时，根据各传感装置获得的所述声波信号的强度进行声源定位。
6.优选地，所述方法还包括：统计每个传感装置对应的待监测区域所探测到的所述声波信号的次数，利用预设时间阈值，确定声源集中度。
7.优选地，所述方法还包括：设定声源活度门槛值；根据所述声源活度门槛值，确定不同的声源损伤等级范围；根据不同待监测区域对应的声源集中度，利用所述不同的声源损伤等级范围，确定所述监测体内不同待监测区域对应的损伤状态。
8.优选地，在所述步骤四中，包括：将接收到当前声波信号的传感装置对应的待监测区域确定为声源位置，其中，在多个传感装置接收到当前声波信号时，将不同待监测区域的信号幅度进行对比，从而将最大幅值对应的待监测区域确定为声源位置。
9.优选地，在所述步骤二中，根据所述频率范围，确定当前频率范围所适用的传感模块类型，所述传感模块类型包括窄带型传感器和宽带型传感器；构造以反射部顶点为原点并以反射部深度方向为轴的空间直角坐标系，基于此，计算在相应传感模块类型条件下的所述焦点范围。
10.优选地，在当前传感模块类型为窄带型传感器时，根据待监测声发射波的谐振频率计算焦点位置；在当前传感模块类型为宽带型传感器时，根据待监测声发射波的最大频率和最小频率计算所述焦点范围。
11.优选地，所述传感模块包括多个传感器通道，所述传感器通道包括多个压电晶体，所述压电晶体构造为圆形抛物面。
12.优选地，按照如下流程计算所述传感装置的有效探测范围：设定衰减测试所需的不同实验半径；以传感装置为原点，沿径向方向绘制测试所需的传播射线，并基于所述不同实验半径，在所述传播射线上标记多个测试点；分别在不同测试点处发射标准声波，在原点位置记录相应的信号幅值，从而绘制出随实验半径变化的信号幅值曲线；根据所述信号幅值曲线和预设的信号幅度门槛，确定在声波信号的幅值超过所述信号幅度门槛的最远距离；根据所述最远距离，确定所述有效探测范围。
13.优选地，所述焦点范围构造为圆柱形结构，所述反射部构造为圆形抛物面，所述反射部的基体采用热塑性树脂材料，所述反射部的内表面沉积有金属钨薄膜。
14.另一方面，本发明还提供了一种声发射信号监测系统，该系统利用如上述所述的方法来实现，所述声发射信号监测系统配置有一个或多个传感装置，每个传感装置包括：反射部，其构造为弧形抛物面，所述弧形抛物面的凹面朝向待监测体，用于对所述待监测体发出的声发射波进行反射，使得所述声发射波落入传感模块的探测范围内；传感模块，其设置于所述反射部的焦点范围内，用于采集当前经气液介质传播的声发射波所形成的声波信号，其中，所述焦点范围为所述传感模块在采集待监测体不同位置处发出的声发射波所形成的声波信号时所对应的有效探测范围内的最佳安装位置。
15.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
16.本发明提出了一种侵入式的声聚焦声发射信号监测方法。该方法可以针对不同的监测对象特征频率确定聚焦效果更好的反射部尺寸和传感模块结构(传感器阵列结构)，其中，反射部具有超小衰减和高反射率的效果。本发明所提出的浸入式声发射信号监测方法能够对气液传播的声波信号进行更加有效的采集，增大采集信号范围并增强信号强度，加强对弱声信号的采集效果，具有高灵敏度和信噪比的优点，从而提高浸入式声发射检测的
覆盖范围及检测结果的可靠性。另外，本发明对声源进行识别定位，缩小声源溯源范围，便于判断声发射源的集中度。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1为本技术实施例的声发射信号监测方法的步骤图。
20.图2为本技术实施例的声发射信号监测方法中反射部的侧视图。
21.图3为本技术实施例的声发射信号监测方法中各传感装置的分布效果示意图。
22.图4为本技术实施例的声发射信号监测方法中声源定位过程的一个示例的原理示意图。
23.图5为本技术实施例的声发射信号监测方法中在当前传感模块类型为宽带型传感器时对应的传感装置侧视图。
24.图6为本技术实施例的声发射信号监测方法中在当前传感模块类型为窄带型传感器时对应的传感装置侧视图。
25.图7为本技术实施例的声发射传感装置的整体结构示意图。
具体实施方式
26.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
27.另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
28.声发射技术用来探测材料中活性缺陷局域源快速释放能量产生瞬态弹性波。大多数材料在变形和断裂时有声发射现象发生，另外，流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的事件也有声发射现象。一般地，声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。各种材料声发射信号的频率范围很宽，从几赫兹的次声频、20hz～20khz的声频到数mhz的超声频；并且，声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波，都需要借助灵敏的电子仪器进行有效探测并记录声发射信号，才能利用声发射信号推断声发射源，评估材料的状态。例如：使用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源。因此，传感器对于声发射信号的有效、高效采集是至关重要的。
29.现有声发射监测技术是由压电陶瓷传感器实现的，耦合在待检测试件上，接收声发射信号后，声波微弱的机械振动引发陶瓷表面的微弱振动，压电晶体将微弱的机械振动
转变为电信号，经前置放大器放大，再用滤波器除去机械噪声，然后由主放大器将信号进一步放大，以便进行信号处理。压电陶瓷传感器对于固体传播的声发射信号监测效果尚可，声波信号需越过检测门槛才能被记录下来，再采用多通道进行定位。但对于经过气体或固体传播的声发射信号很难引发陶瓷晶体的微振动而有效捕捉到声发射信号，同时经过气液传播的声信号衰减较大，并且这类声源信号具有微弱性和多向性特征。另外，传统压电传感器只有一个传感界面，容易丢失其他方向传播的声波信号。综上所述，采用传统压电陶瓷传感器，会使得声源信号难以全面获取，而导致声源信息丢失，无法准确对声源进行识别定位，从而对材料结构状态评价不准确。
30.因此，为了解决上述技术问题，本发明提出了一种声发射信号监测方法。该方法采用聚焦反射结构用来对经不同路径传播的声发射波进行反射，从而降低经空气和液体传播的声波信号的吸附衰减，并增强声波反射效果；而后，在聚焦反射结构的焦点位置处设置以阵列方式形成的传感器阵列，将每个传感装置配置于待监测体(待检测试件)内的不同监测区域位置处，从而增强反射声波的聚焦信号的采集效果；最后，利用声源发射位置落入相应传感器监测区域的原理，对经过聚焦增强处理后的声发射波的声源进行定位处理。由此，本发明基于检测的聚焦增强的声发射波所形成的声波信号，对声发射源进行定位，实现对监测对象损伤故障情况的更准确的检测评估，从而提供了一种适用于气液介质传播的声聚焦声发射监测方案。
31.实施例一
32.本发明实施例先对声发射信号监测系统的结构进行说明。声发射信号监测系统利用下述声发射信号监测方法来实现。具体地，声发射信号监测系统包括多个结构相同的(声发射)传感装置。
33.图7为本技术实施例的声发射传感装置的整体结构示意图。下面结合图7对传感装置的结构进行说明。如图7所示，声发射传感装置包括反射部和传感模快。反射部构造为弧形抛物面，弧形抛物面的凹面朝向待监测体。反射部用于对待监测体发出的声发射波进行反射，使得声发射波落入传感模块的探测范围内。传感模块设置于反射部的焦点范围内，用于采集当前经气液介质传播的声发射波所形成的声波信号。其中，焦点范围为传感模块在采集待监测体不同位置处发出的声发射波所形成的声波信号时所对应的有效探测范围内的最佳安装位置。
34.实施例二
35.基于上述实施例一所述的声发射信号监测系统，本发明还提出了一种声发射信号监测方法。图1为本技术实施例的声发射信号监测方法的步骤图。下面结合图1对本发明所述的声发射信号监测方法进行说明。
36.步骤s110将传感装置内的反射部的凹面朝向待监测体。为了提供一种适用于气液介质环境的声发射信号监测方法，本发明实施例所述的待监测体能够向不同方向发射相应的声发射波，这些声发射波经空气介质和/或液体介质传播。在本发明实施例中，待监测体内的各个待监测区域均需要暴露或部分暴露于空气和/或液体介质环境之下。
37.图2为本技术实施例的声发射信号监测方法中反射部的侧视图。在步骤s110中，(参考图2)传感装置内的反射部具有声聚焦反射功能，用来将经过不同路径传播过来的声发射波进行反射处理，使得声发射波落入传感模块的探测范围内，也就是使得反射声波被
叠加在触发焦点处所设置的传感模块20检测到。
38.进一步，在本发明实施例中，反射部为弧形抛物面结构。优选地，反射部构造为圆形抛物面。如图2所示，反射部的尺寸设计参数至少包括：抛物面圆形开口的半径、抛物面的深度、以及反射部抛物面所属球体的半径。其中，前述尺寸设计参数可以根据待监测体的发射空间的大小来确定，并且各参数需要满足如下约束条件：
39.r＝(4h2 4a2)/8h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
40.其中，r表示反射部所属球体的半径，a表示抛物面开口口径(即圆形开口的直径的一半)，h表示抛物面的深度(即圆形开口圆点到抛物面顶点的距离)。
41.进一步，上述反射部的基体采用热塑性树脂材料，并且反射部的内表面沉积有金属钨薄膜。具体地，反射部基体采用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等热塑性树脂材料而制成；反射部的内表面沉积金属钨离子薄膜制成，降低材料对声波的吸附衰减，增强声波反射效果。
42.下面对本发明所述的反射部的制备过程进行说明：
43.步骤s101(未图示)，使用树脂注塑工艺，利用预先设计好的弧形外壳模具，制备树脂弧形外壳，从而形成反射部基体。
44.步骤s102(未图示)，采用低温等离子体流动处理工艺，使用氧气或空气介质等离子体技术处理步骤s101得到的树脂弧形外壳的内表面。在步骤s102中，需要将实施氧气或空气介质等离子体技术的功率设置到5～200w范围内，处理时间1～30min，温度范围为-10～50℃，相对湿度＜93％，使得经等离子体处理后树脂弧形外壳的内表面的张力范围达到68～72dynes/cm。这样，通过步骤s102能够达到增加树脂材料表面的粗糙度和极性的目的，使得下述步骤中的沉积镀层更加牢固。
45.步骤s103(未图示)，通过金属蒸汽真空弧源技术，在经过步骤s102的内表面粗糙处理的树脂弧形外壳的内表面沉积一层金属钨薄膜。在实际应用过程中，为了消除磁过滤弧源产生大颗粒对样品的污染，需要在磁过滤弧源等离子体沉积系统内的mevva离子源引出口处安装可偏转90
°
的磁过滤管道和聚焦磁场，这样，使得过滤后的离子束注入或沉积到靶室的样品表面。在磁过滤弧源等离子体沉积系统中，先用金属钨做阴极，用12kv的电压对pet基体表面进行溅射清洗和低能钨离子注入，以改善膜的致密性，然后，再进行膜沉积。其中，为了使沉积膜具有良好的黏附性，在pet基体上加载120v的负压。在本发明实施例中为了减少pet基体对薄膜的影响，沉积厚度需大于60nm。
46.这样，在完成反射部的布置后，进入到步骤s120中。如图1所示，步骤s120根据待监测体所输出的声发射波的频率范围，计算反射部的焦点范围，并将传感模块设置于焦点范围内。其中，焦点范围为传感模块在采集待监测体不同位置处发出的声发射波所形成的声波信号时所对应的有效探测范围内的最佳安装位置。
47.在本发明实施例中，待监测体可以看作是内部不同位置声源点的集合(体)，由于反射部起到声波反射的作用，并且将其构造为圆形抛物面结构，因此，无论声发射波以何种角度向反射部的内表面发射，都能够落入与反射部的焦点范围空间所对应的传感模块的探测范围内。这样，在本发明实施例中，需要计算出传感装置内传感模块的安装位置，即焦点范围。又由于，在本发明实施例中，传感模块用来接收从不同路径传输过来的声发射波所形成的声波信号并进行检测，因此，传感模块所需布置的空间位置应能够接收并检测到从不
同方向传输而来的声发射波所形成的声波信号。也就是说，为了能够接收到不同方向传输而来的声发射波，本发明实施例中的传感模块是设置在反射部的焦点范围空间内的。并且，焦点范围为传感部在采集待监测体不同位置处发出的声发射波所形成的声波信号时所对应的有效探测范围内的最佳安装位置。这样，保证了传感部对所形成的声发射波所形成的声波信号的全频段采集。优选地，焦点空间范围构造为圆柱形结构。
48.进一步，为了针对不同声波频率范围的传感装置应用场景，在本发明实施例中，传感模块具备两种类型，包括：窄带型传感器和宽带型传感器。在计算焦点范围时，会根据待监测体所输出的声发射波的频率范围的大小，来对采用不同传感模块类型的传感模块的安装位置(焦点范围)进行计算。具体地，首先，根据待监测体所输出的声发射波的频率范围，确定当前频率范围所适用的传感模块类型。在本发明实施例中，如果待监测体所输出的声发射波的频率范围的最大值和最小值之差小于或等于10khz，则当前传感模块采用窄带型声传感器。另外，如果待监测体所输出的声发射信号的频率范围的最大值和最小值之差大于10khz，即声波信号的频率的波动范围较大，则当前传感模块采用宽带型声传感器。
49.而后，在确定了传感模块类型后，需要构造以反射部顶点为原点并以反射部深度方向为轴的空间直角坐标系，基于此，根据待监测体所输出的声发射波所形成的声波信号的强度范围和频率范围计算相应传感模块类型条件下的焦点空间范围。参考图2，在当前空间直角坐标系roz中，原点即为圆形抛物面反射部的顶点，坐标系的水平面与反射部开口所在平面平行，坐标系的z轴为反射部深度的方向。更进一步地说，反射部的焦点空间范围的几何中心点位于反射部深度的方向上。
50.其中，利用如下表达式计算不同传感模块类型条件下对应的焦点空间范围：
[0051][0052][0053][0054]
其中，z
max
表示焦点与反射部抛物面顶点的距离，f表示待监测体所输出的声发射信号的频率，λ表示当前声发射信号频率对应的声波波长，c表示传播介质中的波速。其中，在当前传感模块类型为窄带型传感器时，根据待监测体所输出的声发射信号的谐振频率计算当前焦点位置。也就是说，将待监测体所输出的声发射信号的谐振频率作为当前待监测体所输出的声发射波的频率，并代入上述表达式(2)～(4)中，即可计算出当前焦点空间范围的几何中心点与当前反射部抛物面顶点的距离z
max
，由此便确定出了当前传感模块类型条件下的焦点空间范围的位置。
[0055]
在当前传感模块类型为宽带型传感器时，根据待监测体所输出的声发射波的最大频率和最小频率计算当前焦点范围。也就是说，依次将待监测体所输出的声发射波的频率范围中的最大频率和最小频率作为待监测体所输出的声发射波的频率，并代入上述表达式(2)～(4)中，即可计算出相应最值频率所对应的最大焦点位置和最小焦点位置，从而形成为当前传感模块类型条件下的焦点空间范围(的长度范围)。
[0056]
进一步，在确定了焦点空间范围的位置后，需要继续确定各传感器通道的排布方式。在本发明实施例中，传感模块包括若干个传感器通道，各传感器通道在焦点范围内沿反射模块的轴向方向依次排列。传感模块通过支架安装于焦点范围处。其中，支架的第一端与反射模块的顶点相连接，支架的第二端沿反射模块的轴向方向延伸。在本发明实施例中，每个(声)传感器包括多个压电晶体，多个压电晶体按照预设间隔沿周向方向环绕于支架上，从而形成为环形结构，进一步使得每个传感器通道21均形成为压电晶体阵列。其中，每个压电晶体又构造为圆形抛物面结构，并且圆形抛物面的凹面朝向气体或液体传播介质侧，从而在接收到相应声发射波后再次对声发生波进行聚焦。
[0057]
进一步，在当前传感模块类型为窄带谐振型传感器时，每个压电薄膜的厚度根据待监测体待监测声发射源所发出的声发射波的谐振频率来确定。在本发明实施例中，窄带谐振型传感器内的压电晶体阵列为单环。也就是说，窄带谐振型传感器构造为具有一个传感器通道，该传感器通道安装于其反射模块的焦点位置处(参考图6中的阴影面积，即为由窄带谐振型传感器构成的传感模块的侧视图)。
[0058]
进一步，在当前传感模块类型为宽带型传感器时，整个传感模块的长度根据相应传感模块类型条件下的焦点范围的长度来确定。在本发明实施例中，宽带型传感器内的压电晶体阵列为多环。也就是说，宽带谐振型传感器构造为具有多个传感器通道，这些传感器通道在其反射模块的焦点范围内沿轴向方向依次排列(参考图5中的阴影面积，即为由宽带型传感器构成的传感模块的侧视图，该宽带型传感器均构造为三层环形状的压电晶体阵列)。
[0059]
由此，在完成传感模块类型、焦点位置及范围的确定后，进入到步骤s130中。参考图1，步骤s130根据传感装置的有效探测范围和传感装置的配置数量，对传感装置与待监测体进行位置匹配。
[0060]
在针对待监测体内所需监测的范围较大的情况下，本发明所述的声发射信号监测方法是难以对整个待监测体的声发射波进行探测的，只能对待监测体中的一部分区域所发出的声发射波进行探测。此时，要想完成针对整个待监测体的声发射事件的探测，就需要为该待监测体配置多个声发射传感装置。
[0061]
在步骤s130中，需要对传感装置的配置数量以及每个传感装置的配置位置进行确定。具体通过计算传感装置的有效探测范围，来使得相邻传感装置之间的距离相同，由于每个传感装置都对应有相应的待监测区域，从而所布置的所有传感装置能够对整个监测体的声发射事件进行实时监测。
[0062]
因此，为了更加便于进行后续声源定位的实施，在本发明实施例中，首先需要确定出一个声发射传感装置的有效探测范围；而后根据当前有效探测范围确定出针对待监测体需要配置的声发射传感装置的数量；最后，参考有效探测范围和传感装置的配置数量，完成对各个声发射传感装置与待监测体的位置匹配，从而将待监测体划分为多个声源区域。这样，本发明利用将声发射传感装置与待监测体之间的位置匹配处理，实现了为待监测体内每个待监测区域(声源区域)配置一个声发射传感装置，无论待监测体内哪个声源位置发出声发射波都能够被已配置好的一个或多个声发射传感装置所探测到。
[0063]
下面对本发明实施例中的各传感器间距的计算过程进行说明。步骤s1301(未图示)设定衰减测试所需的不同实验半径。在本发明实施例中，采用衰减实验的实验结果来辅
助计算当前应用场景所需的传感装置的有效探测范围。在步骤s1301中，需要设定多个实验半径，如：0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、3.0m、4.0m、6.0m、9.0m、12.0m及后面每间隔3.0m处(15.0m、18.0m、21.0m
……
)等。而后，步骤s1302(未图示)以某一传感装置为原点，沿径向方向绘制测试所需的传播射线，并基于步骤s1301所设定的不同实验半径，在传播射线上标记多个测试点。具体地，在步骤s1302中，以原点传感装置为起点，沿径向方向绘制一条射线，将该射线作为当前测试所需的信号传播线路，而后，利用步骤s1301设定的每个实验半径数据，基于当前起点，在传播射线上标记针对每个实验半径数据的相应测试点，从而进入到步骤1303(未图示)中。
[0064]
步骤1303(未图示)在不同测试点处发射标准声波，并在原点位置记录相应的声波信号幅值，从而绘制出随实验半径变化的信号幅值曲线。在步骤s1303中，在每个测试点处实施多次标准信号发射实验(发射多次标准声波)，将在原点处采集到的针对不同次标准信号发射实验的信号幅值结果进行均值计算处理，从而将该平均值作为针对当前测试点的声波信号的幅值。例如：在每个测试点处，采用模拟信号发生器每隔一段时间激发一个标准声波进行测量，连续激发三次，记录这3次在原点位置采集到的声波信号幅值并计算平均值，将该平均值作为当前测试点的声波信号幅值。
[0065]
在步骤s1303中，在得到不同测试点对应的声波信号幅值数据后，根据这些数据拟合出随实验半径变化的信号幅值特征曲线，从而进入到步骤1304(未图示)中。
[0066]
步骤1304(未图示)根据步骤s1303得到的信号幅值曲线和预设的信号幅度门槛，确定在声波信号的幅值超过上述信号幅度门槛的最远距离，即声波可以被接受到的信号峰值对应的最大半径，从而进入到步骤s1305(未图示)中。步骤s1305(未图示)根据步骤s1304得到的最远距离(最大半径)，确定传感装置的有效探测范围。具体地，为了使得不同频率的声发射波能够被较少数量的传感器探测到，并且便于定位。在本发明实施例中，相邻传感装置的布置间距(有效探测距离)是峰值半径的1.5倍。
[0067]
进一步，在得到上述传感装置的有效探测范围后，需要对各传感装置进行位置匹配。具体地，由于每个相邻传感装置之间的距离相等，因此，在本发明实施例中，需要设定每个传感装置对应的待监测区域是相同的。其中，传感装置对应的待监测区域指的是，当前传感装置能够探测到有效的声发射波所涉及的区域。图3为本技术实施例的声发射信号监测方法中各传感装置的分布效果示意图。如图3所示，每个传感装置的待监测区域为正六边面体或每个传感装置的待监测区域为正六边形区域。
[0068]
由此，通过上述步骤s110～步骤s130完成了进入声发射信号监测阶段的各项准备工作，从而进入到步骤s140中。步骤s140在传感装置内的传感模块接收到经气液介质传播波所形成的声波信号时，根据各传感装置获得的声波信号的强度进行声源定位。
[0069]
在步骤s140中，基于前述各传感装置与焦点范围的位置关系、以及各传感装置与监测区域的位置匹配结果，在传感装置内有一个或多个传感模块接收到某一监测区域处的声源所发出的声发射波所形成的声波信号后，直接将接收到当前声波信号的传感装置所对应的监测区域确定为声源位置的所属区域，即声源处于该监测区域内。
[0070]
更进一步地说，在步骤s140中，参考图4，还可以继续将一个传感装置对应的监测区域进一步划分为多个子区域(例如：6个)。在多个传感装置均接收到当前声波信号的情况下，将不同传感装置对应的待监测区域所采集到的声波信号的幅度进行两两对比，从而直
接将最大幅值对应的监测区域内的子区域确定为声源位置。此时，该监测子区域即为声源所在位置。图4为本技术实施例的声发射信号监测方法中声源定位过程的一个示例的原理示意图。图4展示了在相邻两个传感装置均接收到同一声波信号时所对应的声源归属过程的原理。例如：在传感装置1、传感装置3和传感器4接收到同一声发射波所形成的声波信号时，如果传感装置3接收到的声波信号的幅值大于传感装置1接收到的声波信号的幅值，并且，传感装置1接收到的声波信号的幅值大于传感装置4接收到的声波信号的幅值，并且，传感装置3接收到的声波信号的幅值大于传感装置4接收到的声波信号的幅值，那么此时，确定当前声源位置处于传感装置1对应的监测区域内的3》1子区域；如果传感装置4接收到的声波信号的幅值大于传感装置3接收到的声波信号的幅值，并且，传感装置1接收到的声波信号的幅值大于传感装置3接收到的声波信号的幅值，并且，传感装置1接收到的声波信号的幅值大于传感装置4接收到的声波信号的幅值，那么此时，确定当前声源位置处于传感装置1对应的监测区域内的1》4子区域。
[0071]
进一步，在本发明进入到正式的声发射信号监测过程中后，会不断按照上述步骤s140所述的方法对待监测体内的各监测区域的活度进行评价。由此，本发明会对不同监测点声源进行放大分析，并计算出在预设时间段内不同监测区域对应的传感装置所监测到的声波信号的次数h。
[0072]
这样，本发明会在步骤s150(未图示)中，统计每个传感装置记录到的检测到声波信号的次数，利用预设时间段阈值，得到在预设时间阈值内每个监测区域内所检测到的有效声波信号的次数，从而获得监测体在不同监测区域内的声源集中度数据。其中，在本发明实施例中，在当前传感装置检测到声波信号所属声源并且该声源正好处于当前传感装置对应的监测区域的情况下，该所属区域所发出的声波信号为有效声波信号，记录一次关于当前监测区域所检测到有效声波信号的事件。如果当前传感装置虽然检测到声波信号，但当前声源并不处于当前传感装置所对应的监测区域内，那么不需要记录关于当前监测区域所检测到有效声波信号的事件。
[0073]
另外，需要说明的是，本发明对上述预设时间段阈值的大小不作具体限定，本领域技术人员可根据实际需求进行设定。在本发明实施例中，上述预设时间段阈值为1小时。由此，本发明会计算出监测体不同传感器监测区域内每小时所检测到的有效声发射信号的次数h。
[0074]
更进一步地说，本发明为了对上述声源集中度数据进行放大分析，将监测体内每个传感器信号监测区域对应的声源集中度数据进行分级评价。具体地，首先，本发明会设定声源活度门槛值k，而后，根据所设定的声源活度门槛值k，确定出不同的声源损伤等级范围，最后，根据不同传感器信号监测区域对应的声源集中度数据(每小时所检测到的有效声发射信号的数量h)，利用不同的声源损伤等级范围，确定待监测体中不同待监测区域对应的损伤状态。其中，声源损伤等级分为四级，分别是：无活度(该监测区域未发生损伤)、低活度(该监测区域正在发生轻微损伤)、中活度(该监测区域正在发生中度损伤)、和高活度(该监测区域正在发生严重损伤)。其中，表1展示不同的声源损伤等级对应的声源集中度数据范围。
[0075]
表1声源损伤等级评价表
[0076]
声源集中度级别监测区域每小时检测到的信号数量损伤状态评价等级
ih≤k无活度iik＜h≤10k低活度iii10k＜h≤100k中活度ivh＞100k高活度
[0077]
这样，本发明基于声聚焦的声发射信号监测方法，可以对气液传播声波信号更有效的采集，并对声源进行识别定位，从而缩小声源溯源范围，便于判断声发射源的集中度。
[0078]
下面给出将本发明所述的声发射信号监测方法应用于不同应用场景下的示例。
[0079]
实施例三
[0080]
将本发明所述的声发射信号监测方法应用于针对储罐底板腐蚀泄漏的监测场景中。具体流程如下所示：
[0081]
一、场景分析：传统储罐底板声发射检测由布置在罐外壁的压电传感器进行检测，但是随着储罐的规模越来越大，由于腐蚀泄漏的声发射信号强度很弱，再加上衰减的影响，这种监测方法无法监测罐底中心区域的腐蚀泄漏声发射信号。本发明所述的声发射信号监测方法可以用于储罐底板腐蚀泄漏的监测。可将具有反射部和传感模块在内的传感装置投入罐内，并采用一个或几个传感器阵列构成传感模块，传感装置与罐外壁的传感器共同监测储罐底板腐蚀泄漏状态。其中，腐蚀泄漏声发射波所形成的声波信号的幅度范围为33～70db，频率范围较宽，采用宽带型声聚焦声发射传感器形成传感模块。
[0082]
图5为本技术实施例的声发射信号监测方法中在当前传感模块类型为宽带型传感器时对应的传感装置侧视图。下面参考图5，说明声发射信号监测方法的不同阶段。
[0083]
二、声发射信号监测方法的准备阶段：
[0084]
按照上述步骤s101～步骤s103所述的方法制备反射部，其中，基体为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等热塑性树脂材料，内表面表面沉积金属钨离子薄膜制成，降低材料对声波的吸附衰减，增强声波反射效果。
[0085]
接下来，在储罐底板处布置传感装置阵列，并通过计算传感装置有效探测范围来对监测区域进行划分。
[0086]
三、声发射信号监测方法的监测阶段：
[0087]
在有传感装置接收到声发射波所形成的声波信号后，定位声源。同时，对每个监测区域的声源集中度进行分析，判断腐蚀损伤情况。
[0088]
采用本发明所述的声发射信号监测方法对储罐底板进行腐蚀泄漏检测，无需停产开罐，在线评估腐蚀泄漏状态，具有其他技术方法无可比拟的优势。本发明可全面监测储罐底板腐蚀泄漏声发射波所形成的声波信号，并且在传感装置聚焦作用下，获得更多更强的声波信号，提高对腐蚀泄漏声源判断的准确性，防止事故发生。
[0089]
实施例四
[0090]
将本发明所述的声发射信号监测方法应用于针对低转速轴承系统的监测场景中。具体流程如下所示：
[0091]
一、场景分析：
[0092]
低转速轴承系统，一般针对转速在0～120rpm的转动设备。由于轴承的故障频率大约在0～5hz；振动分析仪对于5hz以下振动频率的分析是个盲区，即使非常高端的振动分析仪对于2hz以下的振动分析也非常困难，存在盲区。因此，采用本发明所述的声发射方法可
对其进行监测。在低速运转轴承系统中，对于球/滚动体通过外圈缺陷点故障，监测频率为0.4
×
滚动体数目
×
轴转速。因此，对于当前监测场景所需监测的故障频率相对固定，可以采用窄带谐振型传感器组成传感模块。
[0093]
图6为本技术实施例的声发射信号监测方法中在当前传感模块类型为窄带型传感器时对应的传感装置侧视图。下面参考图6，说明声发射信号监测方法的不同阶段。
[0094]
二、声发射信号监测方法的准备阶段：
[0095]
按照上述步骤s101～步骤s103所述的方法制备反射部，其中，基体为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等热塑性树脂材料，内表面表面沉积金属钨离子薄膜制成，降低材料对声波的吸附衰减，增强声波反射效果。
[0096]
接下来，在不同位置的机泵处布置相应的传感装置，形成传感装置阵列，并通过计算传感装置的有效监测范围，将不同位置的机泵按照传感装置的归属划分到各传感装置监测区域内。
[0097]
三、声发射信号监测方法的监测阶段：
[0098]
在有传感装置接收到声发射波所形成的声波信号后，定位声源。同时，对每个监测区域的机泵声源进行集中度分析，判断机泵的运行状态。
[0099]
本发明实施例提出了一种侵入式的声聚焦声发射信号监测方法及系统。该方法及系统可以针对不同的监测对象特征频率确定聚焦效果更好的反射部尺寸和传感模块结构(传感器阵列结构)，其中，反射部具有超小衰减和高反射率的效果。本发明所提出的浸入式声发射信号监测方法能够对气液传播的声波信号进行更加有效的采集，增大采集信号范围并增强信号强度，加强对弱声信号的采集效果，具有高灵敏度和信噪比的优点，从而提高浸入式声发射检测的覆盖范围及检测结果的可靠性。另外，本发明对声源进行识别定位，缩小声源溯源范围，便于判断声发射源的集中度。
[0100]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
[0101]
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0102]
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0103]
虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。