專利名稱：多余物時差定位方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及無損檢測領域，特別是指一種定位方法及其系統。
背景技術：
航空航天系統對于產品的可靠性有很高的要求，嚴格預防和控制產品內部的多余物。對于電子電路和元器件、繼電器等小型器件，采用顆粒碰撞噪聲檢測方法(PIND)檢測多余物，檢測靈敏度高，但該方法采用單壓電換能器檢測，振動激勵裝置功率低，僅能檢測質量不大于500g的小型產品，并且對于大型產品內多余物的檢測只能分段、分區域檢測。 對于彈上儀器，采用搖動條件下壓電換能器采集活動多余物信號，根據信號波形特征識別活動多余物位移信號，或采用目視或振動或搖動條件下耳聽的方法。對于大型圓臺狀艙段產品，均采用目視或振動或搖動條件下耳聽的方法檢測活動多余物。但該種方法受人的視覺和聽覺及外部環境的影響大，僅能檢測較大活動多余物，靈敏度低，活動多余物漏檢高， 不能對活動多余物進行較準確的定位。現有技術中也存在采用多換能器的區域定位的方法，該方法簡單直觀，但定位粗糙，多余物查找清除困難。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提出一種多余物時差定位方法及其系統。該多余物時差定位方法及其系統能夠用于航天領域金屬柱狀艙段內活動多余物的檢測和定位。基于上述目的本發明提供的多余物時差定位方法，應用于艙體的多余物檢測，包括以下步驟在艙段面上至少三個固定位置接收多余物在艙內產生的混響信號，可選的，信號接收裝置至少有四個。在所述固定位置以預設的觸發值為基準進行計時。依據所述接收混響信號的固定位置處發送來的時間記錄以及在艙段面上接收所述混響信號固定的位置，將接收信號位置的點展開到同一平面，利用時差定位法計算確定出所述聲波信號的信號源位置。同時，本發明提出一種應用于艙體的多余物時差定位系統，其特征在于，包括至少三個信號接收裝置和信號處理裝置；所述信號接收裝置分散布設于艙體表面，用于接收艙段面震動的聲波信號并記錄接收信號的時間；所述信號處理裝置與信號接收裝置相連接， 依據所述信號接收裝置發送來的時間記錄以及所述信號接收裝置在艙段面上固定的位置， 利用時差定位法計算確定出所述聲波信號的信號源位置。可選的，所述信號接收裝置為固定于艙段上的壓電換能器，所述壓電換能器有四個以上，分別位于圓臺狀艙段的兩個端面上，每個端面上固定有兩個壓電換能器，呈十字交叉狀排布；接收信號時，所述信號接收裝置按照預先設定的信號觸發值為基準，接收到的信號強度達到所述基準時開始計時。可選的，所述觸發值為信號的上升沿觸發值。接收到所述信號接收裝置所發出的信息之后，所述信號處理裝置按照時差定位的方法確定信號源的位置。從上面所述可以看出，本發明提供的多余物時差定位方法及其系統，采用多通道檢測技術，首次將時差定位技術應用于多余物檢測，實現了對多余物的三維定位，具有較高的精確度。采用該方法和模塊進行多余物的定位，可以檢測尺寸更大產品內的活動多余物， 還可以對活動多余物混響信號源進行定位。且采用該方法和模塊不依賴人的感官，減少了檢測人員身體條件的客觀限制，靈敏度高，保證了產品性能可靠性；檢測準確，對于較小活動的多余物也能夠檢測到。采用本發明所提供的多余物時差定位方法及其系統對活動信號源的定位，不僅可以幫助檢測人員確定活動多余物在艙段中的具體位置，方便活動多余物的清除，而且還可以幫助區分艙段中某些活動部件信號，減少活動多余物信號分析時間。此外，本發明采用多通道多換能器檢測技術，不僅可以實現對艙段的一次性全艙段檢測，還可以對活動多余物信號發生源進行定位，是目前為止多通道信號分析中定位最準確的技術。


圖I為本發明實施例的多余物定位方法流程圖；圖2為本發明實施例的換能器陣列示意圖；圖3為本發明實施例的信號到達時間確定示意圖；圖4為本發明實施例換能器陣列平面展開示意圖；圖5為本發明實施例定位原理示意圖；圖6為本發明實施例的多余物定位系統組成結構圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。活動多余物在艙段中位移時將發生二個過程滑動過程、撞擊過程，該過程是滑動過程與撞擊過程的一個隨機組合過程。在艙體壁的滑動和撞擊中艙段殼體材料中將傳播彈性應力波和聲形成的混響信號。采用壓電換能器拾取混響信號，通過測量不同壓電換能器接收信號的時間差，結合艙段聲速及壓電換能器的間距及幾何分布，就可以對信號源進行定位。采用本發明所提供的測量方法，需提前測量確定艙段材料的聲速。所述聲速的測量方法為使用兩個壓電換能器固定在艙段面上，間隔一定的距離，在換能器間采用落球法制造信號，測量兩個壓電換能器間時間差，根據壓電換能器與信號源的位置差，計算材料聲速。艙段材料的聲速確定之后，即可根據本發明所提供的多余物時差定位方法來確定多余物的位置。具體如下述實施例。圖I為本發明實施例所提供的多余物時差定位方法流程圖。具體處理流程如下步驟11 :為準備步驟，在艙段內的至少三個固定位置設置信號接收裝置。步驟12 :接收多余物在艙內碰撞艙面產生的混響信號。步驟13 :以預設的觸發電平為基準進行計時。步驟14 :依據所述在艙段內接收混響信號的固定位置(即信號接收裝置)發送來的時間記錄以及混響信號接收的位置，利用時差定位法來計算并確定多余物的位置。本發明實施例步驟11所述的換能器按照圖2所示的方式設置。本實施例在所述接收混響信號的固定位置處設置有信號接收裝置。作為一個實施例，所述信號接收裝置為壓電換能器。圖2包括圓臺狀艙段I，壓電換能器2。在本實施例中，壓電換能器2設有四個，其編號分別為1#、2#、3#、4#，按照圖中所示，固定在圓臺狀艙段I的兩個端面，每個端面固定兩個，成十字交叉狀布置，固定之后，進行靈敏度調試。本實施例中，每個壓電換能器2的中心頻率為150Hz，帶寬50kHz-500kHz。多余物在艙段內活動的時候會導致艙段材料的振動， 產生聲波，該聲波能夠被固定在圓臺艙段I上的四個壓電換能器2檢測到。由于圓臺狀艙段I外觀尺寸一定，四個壓電換能器2的位置固定后，通過精確測量艙段材料的聲速，再計算出各壓電換能器2所接收到的聲波的時差，即可計算確定活動多余物信號發生源在艙段的位置。信號定位的軸向偏差小于± 150mm，滿足活動多余物查找的精度要求。步驟12所述的接收信號示意圖如圖3所示。在步驟13中為確定信號到達，本實施例提前預設一個信號上升沿幅值作為所述的觸發值，該上升沿幅值的觸發值可以依據試驗或者操作人員的經驗設定，信號上升沿幅值在本實施例中設置值為5-6dB，以設置的觸發值為基準，在四個接收混響信號的固定位置處同步檢測，當所接收到的信號幅值達到觸發值的時候分別開始計時，通過所述接收混響信號的固定位置所記錄的時間即可得到信號接收的時間差。此外，步驟13中所述觸發值也可以通過其他方式設置，例如信號下降沿幅值作為所述的觸發值等。步驟14的具體實施如圖4、圖5所示。本實施例中信號接收裝置為四個，計算時將所述接收信號的固定位置的點展開到同一平面，其平面展開圖如圖3所示。根據圓臺狀艙段I的開口位置，在艙段兩個端面以十字交叉的方式分別固定兩個壓電換能器2。將壓電換能器2的位置信息按照圖2所建立的坐標軸進行輸入。在本實施例中，將四個換能器設置為兩個端面十字交叉排布，在實際操作中，可根據艙段的情況、換能器安裝的簡易程度等條件采用其它排布方式。步驟14中所述的時差定位法，其原理如圖5所示。時差定位的原理為四個接收混響信號的固定位置點分別為SI、S2、S3、S4，這四個點的坐標分別為(xl，yl)、(x2, y2)、 (X3，y3)、(X4，y4)。在點P上有一信號源，其坐標為(x，y)，距離SI點的距離為R。信號源距離SI、S2、S3、S4的距離差用AS:、AS2, A S3和A S4表示。貝U ASjP A S2可用下述方程式計算
'AS1=PS2-PS1=AT1C= AT^C(^)在公式I中，c為信號在介質中傳播的速度，即艙段材料振動時產生的聲速。AT1' A T2，為信號到達S2、SI以及到達S3、SI的時間差，在圖4中分別體現為曲線3、曲線4。從圖4所示的距離關系可以得到如下的方程組
權利要求
1.一種應用于艙體的多余物時差定位系統，其特征在于，包括至少三個信號接收裝置和信號處理裝置；所述信號接收裝置分散布設于艙體表面，用于接收艙段面震動的聲波信號并記錄接收信號的時間；所述信號處理裝置與信號接收裝置相連接，依據所述信號接收裝置發送來的時間記錄以及所述信號接收裝置在艙段面上固定的位置，利用時差定位法計算確定出所述聲波信號的信號源位置。
2.根據權利要求I所述的多余物時差定位系統，其特征在于，所述信號接收裝置為固定于艙段上的壓電換能器。
3.根據權利要求I所述的多余物時差定位系統，其特征在于，所述信號接收裝置包括至少四個壓電換能器。
4.根據權利要求3所述的多余物時差定位系統，其特征在于，所述信號接收裝置分別位于圓臺狀艙段的兩個端面上，每個端面上固定有兩個壓電換能器，呈十字交叉狀排布。
5.根據權利要求I所述的多余物時差定位系統，其特征在于，所述信號處理裝置按照時差定位的方法確定信號源的位置。
6.根據權利要求I所述的多余物時差定位系統，其特征在于，所述信號接收裝置按照預先設定的信號觸發值為基準，接收到的信號強度達到所述基準時開始計時。
7.根據權利要求6所述的多余物時差定位系統，其特征在于，所述以預設的觸發值為基準進行計時包括按照預先設定的信號上升沿觸發值為基準，接收到的信號強度達到所述基準時開始計時。
8.一種應用于艙體的多余物時差定位方法，其特征在于，包括以下步驟在艙段面上至少三個固定位置接收多余物在艙內產生的混響信號；在所述固定位置以預設的觸發值為基準進行計時；依據所述接收混響信號的固定位置處發送來的時間記錄以及在艙段面上接收所述混響信號固定的位置利用時差定位法計算確定出所述聲波信號的信號源位置。
9.根據權利要求8所述的多余物時差定位方法，其特征在于，所述以預設的觸發值為基準進行計時包括按照預先設定的信號上升沿觸發值為基準，接收到的信號強度達到所述基準時開始計時。
10.根據權利要求8所述的多余物時差定位方法，其特征在于，依據所述接收混響信號的固定位置處發送來的時間記錄以及在艙段面上接收所述混響信號固定的位置計算確定出所述聲波信號的信號源位置，包括將接收信號位置的點展開到同一平面，并采用時差定位法進行多余物定位。
11.根據權利要求7所述的多余物時差定位方法，其特征在于，在艙段面上接收混響信號的固定位置至少有四個。
12.根據權利要求11所述的多余物時差定位方法，其特征在于，采用時差定位法計算的步驟為設各接收混響信號的固定位置所在的點為S1、S2、S3、S4，其坐標分別為(xl，yl)、(x2， y2)、(x3, y3)、(x4, y4)，選取其中三點SI、S2、S3進行第一次計算，設信號遠的坐標為P (x, Y)其所依據的方程為rASl=PS2-PSl=ATlC<AS2=PS3-PS1= AT2C⑴^ X2+ y2 = R2<(X-X2)2+ (J-J2)2 = (^ + Δ^)2(x-x3)2+(y-y3)2 = (R + AS2)2(2)求Λ T1和Λ T2的交點；再選取其中另外任意三點，將對應坐標值代入上述兩個方程，再次求解AT1和AT2的交點，兩次求解重合的點即是多余物信號源所在的位置；其中，所述ASp AS2為信號源距點S1、S2的距離，Λ !\、AT2為信號到達所述S1、S2以及到達所述S3、S4的時間差；c為艙段材料的聲速，為多余物定位之前測量并設定的參數， R為P與SI的距離。
全文摘要
本發明公開了一種多余物時差定位方法及系統。通過預先在圓臺狀艙段上設置固定壓電換能器接收多余物信號，再通過信號處理裝置使用時差定位法確定多余物信號的信號源位置。采用本發明所提供的多余物時差定位方法及系統進行多余物定位，可以幫助檢測人員確定多余物在艙段中的具體位置，方便活動多余物的清楚，而且還可以幫助區分艙段中某些活動部件信號，減少活動多余物信號分析時間。
文檔編號G01S5/06GK102590788SQ20121002786
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月8日 優先權日2012年2月8日
發明者任毅, 楊京, 沈楓, 趙長興, 黃小貝 申請人:航天科工防御技術研究試驗中心