Page 239 - 《应用声学》2024年第6期

第 43 卷 第 6 期 张冰等： 复合材料结构损伤声发射检测的信息扩充方法 1415

源定位提供可能。通过惠更斯原理可以解释波的反 波先经过边界反射，然后再传播到传感器的多路
射现象，由惠更斯原理可知：在介质中任意波阵面上 径反射波，即图中所示的虚线路径。随着边界的增
的各点，都可以看作是发射子波的波源。在其后的 加，相应的反射路径数量也会逐渐增加，从而接收
任意时刻，这些子波在波前进方向的包络面就是新 传感器接收到的损伤信息也会增加，所增加的额外
的波阵面。 损伤信息将为后续阵元失效的损伤信息补充提供
基础。
ԥజጳ4-1 ԥజጳ4'-1
当波发生反射后，关于声发射事件位置的信息
͜ਖ٨4
将会被携带在反射波中，若能发掘并利用该反射信
ܦູ
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息，将有利于扩充关于声源点的额外信息用于定位，
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这就是在缺失阵元情况下的信息补充方案。

3 复合材料声发射声源定位实验
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图 3 基于边界反射的双传感器声源定位示意图 3.1 实验设置
Fig. 3 Schematic of dual-sensor sound source lo-
为了研究声发射监测系统传感器阵列的可靠
calization based on boundary reflection
性以及在缺失阵元情况下的边界反射信息补充方
案的可行性，利用 T300/7901 碳纤维增强复合材料
К࠱ฉ Ԧ࠱ฉ 层合板搭建了实验平台并进行实验测试。该样件按
[+45 / − 45 /0 /90 ] 2s 的顺序铺丝加工而成 (准各
◦
◦
◦
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Ԧ࠱ᝈ
К࠱ᝈ
向同性)，共16层，每一层的厚度为0.125 mm。
首先在 500 mm×500 mm 复合材料板上按照
九宫格均匀布置 16个激励传感器PZT(直径 8 mm、
᣸ႍ
厚度为 0.5 mm 的圆形) 用以模拟该 16 个位置的声
(a) Ԧ࠱ࠀ॥ 发射事件，在板上另外分布着 4 个接收传感器接收
声信号，如图 5所示，图中红色点1∼16为冲击点，黑
͜ਖ٨1
Ԧ࠱᡹य़1 色点 S3∼S4 为传感器布置点。依次激励 16 个主动
传感器模拟声事件，分析接收传感器的信号完成声
૯ູ͞ Ԧ࠱᡹य़2 源定位，随后减少有效传感器的数量，观察不同传感
᣸ ᣸ 器数量对声源定位精度的影响。
ႍ ႍ Ԧ࠱᡹य़3
实验中模拟声发射事件所采用的信号为负尖
脉冲信号，其具有短时以及突发性的特性，更为符
Ԧ࠱᡹य़4
͜ਖ٨2 合在实际情况中突发的裂纹等类型的声发射事件
情况，其中采用信号的时域图以及频域图如图 6 所
(b) ܦԧ࠱᣸ႍԦ࠱
示。本实验中首先由JSR超声脉冲收发仪产生脉冲
图 4 波的反射效应
信号，然后导入安捷伦 33220A 函数/任意波形发生
Fig. 4 The reflection effect of waves
器中，采用波形发生器作为信号发送装置，再经过输
当波在待测结构中传播时，如图 4(b) 所示，由 出口输出到功率放大器 HSA4012 进行信号的放大，
损伤源 (即声源) 发出的波会形成多条传播路径，最 在本研究中激励信号的峰值电压被放大到 50 V，最
先到达的波是由损伤源发出波直接传播到传感器 后，声信号在板中传播被传感阵元 (直径 8 mm、厚
的直达波，形成的路径是图中损伤源与接收传感 度为 0.5 mm 的圆形 P-51 压电陶瓷) 接收后通过泰
器连接的实线路径；此外，还存在由损伤源发出的 克DPO5054/B数字示波器采集、显示并储存。