声发射源线性定位误差研究

近几年，声发射检测以其不可

替代的优点得到较为广泛的应用，

各种声发射检测仪应运而生，声发

射源定位的准确程度已成为影响声

发射检测技术发展的关键因素，到

目前为止，还没有充足的理论计算

与实际源坐标的实验对比数据，在

这里对时差线性定位的精确性进行

浅显的探讨。

1、一维源定位（又称线性定

位）原理

线性定位是指在一维空间中，确

定声发射源位置坐标的直线定位法。

传感器1#和2#，设坐标分别为

（-c，0）和（c，0），某一声源声发

射信号到达传感器时的时差为△t，

材料中的声速为v，则声发射源到两

个传感器的距离之差为：

2a=v・△t（1-1）

那么声源的位置满足以两个传

感器为焦点，以2a为顶点距离的双

曲线方程。

（1-2）

图1 声源位置确定示意图

1.1声发射源在两个传感器之间

（即x轴上），此时，y=0(-c≤x≤

c)，解方程得

x=±a

当声发射信号先到1#传感器，则

x=-a，反之，x=a。只要测出△t→

2a=v・△t，有声源

的位置可定。

1.2如果知道声源在某一条直线

上，可通过求解方程组：

可得

或者

当信号先到达1#传感器时，将x

代入到直线方程就可以求出y的值，

声源位置可以确定。

2.实验模拟

本文实验中采用断铅模拟声发

射信号源，所用的铅笔型号为0.5/

HB;耦合剂为机油。

2.1一维X轴定位模拟

2.1.1数据采集

①实验前将要做断铅实验的位置

确定，坐标为（17，0），

②两个探头的坐标是（-100，

0），（100，0）

声发射源线性定位误差研究

王健王运玲 辽宁石油化工大学机械工程学院 １１３００１

用断铅试验在试件上得到的实验数据如表3。

2.1.2通过数学计算得到的结果由表中数据可得△t =1.02×10-5

S ：v =3200m/s ，由公式

得a =16.32mm 由得双

曲线方程为

数学计算声源的位置是（16.32，0）。依照此种方法，在此点模拟声发射10次，最后得声源位置坐标的平均值是（16.50，0）。

2.2一维坐标轴定位模拟2.2.1数据采集

表1 各通道参数表

①实验前将要做断铅实验的位置确定，坐标为（-80，55），声源所在直线方程y =-0.7x

②两个探头的坐标是（-130，0），（130，0）

2.2.2通过数学计算得到的结果△t =4.8×10-5S ，v =3200m/s ，

=76.8mm ， c =130mm

得双曲线方程式

（1）

直线方程y =-0.7x （2）（1），（2）方程联立得x =-89.8mm ，y=62.86mm ，依照此种方法，在此点模拟声发射10次，最后

得声源位置坐标的平均值是（89.2，62.45）。

3. 误差分析

分析结果见表4。

4、结论与思考

由误差对比及误差原因分析可知：

（1）此数据说明声发射源的时差理论计算定位与实际位置有一定的出入。第一种线性定位理论与实际位置坐标吻合较好，相对误差为2.4%。第二种线性定位误差较大，坐标x 、y 的相对误差分别为11.5%、13.6%。

（2）误差的产生与传感器、通道的灵敏度、断铅模拟声发射的频率差有关，材料的不均匀、各向异性（理论计算视为各项同性）也可导致出现误差。

（3）对于线性定位，SDAES 数字声发射检测仪产生可容许误差。

（4）对其他定位方式所产生的定位误差有待进一步研究。

表2 各通道参数表

表3 一维X 轴时差定位值比较

表4 一维时差定位值比较