模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法技术

模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，涉及空间碎片超高速撞击声发射定位技术领域，本发明专利技术的目的是为了解决现有的声源激励方式会导致结构体损伤与污染、存在信号无法长距离传播的问题。在声源点到声发射传感器的传播路径上，布置若干间隔相同距离的三号激励探头，组成激励探头阵列。控制每个三号激励探头输出的激励信号的特征和激励时间，实现多个激励信号的能量叠加，形成幅值满足定位要求的等效声源信号，且不会造成结构体撞击损伤。它用于模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。

【技术实现步骤摘要】
模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法
本专利技术涉及空间碎片超高速撞击声发射定位
，特别适用于在定位技术开发实验中模拟超高速撞击，产生对结构体无损的等效声发射信号。
技术介绍
撞击声发射定位技术是指，在结构体上布置声发射传感器网络，通过感知结构体被撞击时产生的声发射信号，对撞击事件进行定位。这项技术可以应用在航天器上，以应对空间碎片的撞击威胁。采用时差定位法时，需要获得声发射信号到达各传感器的准确时刻。为了开发适用于航天器结构体的声发射定位算法并检验其有效性，需要对结构体进行测试实验，在声源位置处激励产生声发射信号是必不可少的技术环节。空间碎片撞击属于超高速撞击范畴，其声发射信号具有独特特征，在地面定位测试中，通常采用的声源激励方式包括利用驱动装置发射高速弹丸撞击激励、断铅模拟激励、单激励探头模拟激励等。高速弹丸撞击会对航天器结构体造成物理损伤及污染，不适用于真实结构，实施难度亦较大；断铅声发射信号弱，衰减快，不适用于大尺寸结构体；激励探头贴于结构体上，可以通过信号发生器产生特定波形的激励信号，然而单个探头产生的信号幅值仍较低，经过长距离传播衰减后，无法获得其准确的到达时刻。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的声源激励方式会导致结构体损伤与污染、存在信号无法长距离传播的问题，现提供模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法。模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，所述方法包括以下内容：步骤1、在航天器结构体外壁上估计设置在航天器结构体内壁上的声发射传感器的位置，得出与声发射传感器位置对应的估计位置，以该位置为圆心画圆；步骤2、判断圆的圆心与声源点之间的距离是否不大于1/2单激励信号有效传播距离，如果是，则执行步骤3，如果否，则执行步骤4；步骤3、在声源点处设置一号激励探头，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号；步骤4、以声源点为圆心，以声源点到所述圆的圆心的距离为半径，画寻优弧，该寻优弧的两个端点位于圆的边界上；步骤5、利用1个二号激励探头，采用二分之一逐次逼近法从寻优弧的两个端点开始在寻优弧上的不同位置上逐次激励二号激励探头产生声发射信号，得到声发射信号传播到一号声发射传感器的时间，从所述声发射信号传播到一号声发射传感器的时间中找到最短时间对应寻优弧上的二号激励探头位置，将所述二号激励探头位置与声源点的连线作为声源点到声发射传感器的信号传播路径；步骤6、在声源点到声发射传感器的信号传播路径上等距布置多个三号激励探头，所述三号激励探头的个数为用声源点连接至声发射传感器并延长至圆的边界的距离除以单激励信号有效传播距离的商向上取整的数；步骤7、从声源点处的三号激励探头开始，依次激发每个三号激励探头产生声发射信号，每个三号激励探头产生的声发射信号按时序形成叠加信号，由声发射传感器感知所述叠加信号并将所述叠加信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。进一步地，步骤3中，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，具体为：采用信号发生器激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器感知所述声发射信号，并由数据采集仪记录声发射传感器接收到声发射信号的时刻，将声发射传感器感知到的声发射信号作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。进一步地，步骤5中，利用1个二号激励探头，采用二分之一逐次逼近法从寻优弧的两个端点开始在寻优弧上的不同位置上逐次激励二号激励探头产生声发射信号，得到声发射信号传播到声发射传感器的时间，具体为：采用信号发生器输出信号来激发二号激励探头产生声发射信号，由一号声发射传感器感知所述声发射信号，由数据采集仪记录信号发生器输出信号的时刻和声发射传感器接收到声发射信号的时刻，将两个时刻之差作为声发射信号传播到声发射传感器的时间。进一步地，步骤7中，从声源点处的三号激励探头开始，依次激发每个三号激励探头产生声发射信号，每个三号激励探头产生的声发射信号按时序形成叠加信号，由声发射传感器感知所述叠加信号并将所述叠加信号传送出去，具体为：采用信号发生器对信号传播路径上的每个三号激励探头依次进行激发，使每个三号激励探头产生一个声发射信号，由一号声发射传感器感知每个声发射信号，由数据采集仪采集每个声发射信号并记录产生声发射信号的时刻，将所有时刻下的声发射信号进行叠加形成叠加信号。进一步地，步骤1中，所述圆的直径不大于单激励信号有效传播距离，且圆能将声发射传感器包围在内。进一步地，步骤3中激发一号激励探头的信号和步骤7中依次激发每个三号激励探头的信号的中心频率均为100～200kHz。进一步地，步骤6中，等距的距离为单激励信号有效传播距离的1/5～1/4。进一步地，用声源点连接至声发射传感器并延长至圆的边界的距离除以单激励信号有效传播距离，表示为Dmax/De公式1，式中，Dmax为声源点连接至声发射传感器并延长至圆的边界的距离，De为单激励信号有效传播距离。本专利技术的有益效果是：在声源点到声发射传感器的传播路径上，布置若干间隔相同距离的三号激励探头，组成激励探头阵列。控制每个三号激励探头输出的激励信号的特征和激励时间，实现多个激励信号的能量叠加，形成幅值满足定位要求的等效声源信号，且不会造成结构体撞击损伤。激励探头为临时固定于航天器结构体操作面上，每个步骤执行完后，即将其拆除。可根据结构体材料与实际放置姿态，采用以下合适的固定方式，不对航天器结构体造成损伤：磁吸方式、重力压载方式、可重复无损胶粘方式等。本申请的优点：(1)本申请利用激励探头阵列进行信号激励，既不会造成结构损伤及污染，又可以通过控制激励探头数量产生足够强度的激励信号，满足长距离声发射定位要求，特别适用于航天器结构体这种高价值的大型重要结构体，保证其在测试实验中的安全。(2)本申请利用信号发生器精确控制激励信号波形，可使其符合空间碎片超高速撞击产生的信号特征，声源信号模拟效果更真实。(3)在航天器结构体上实验时，声发射传感器安装面(航天器结构体内壁)与实验操作面(航天器结构体外壁)往往不一致，且因结构复杂，难以精确地在实验操作面上确定传感器位置。针对此问题，本申请的信号传播路径确定方法，不必事先明确声发射传感器在结构体操作面上的位置，能够精确地确定信号传播路径，保证测试精度。附图说明图1为从航天器结构体内壁上截取的包含声发射传感器的区域图；图2为以声源点为圆心，以声源点到所述圆的圆心的距离为半径，画的寻优弧示意图；图3为图2中信号发生器、数据采集仪和声发射传感器的连接图；图4为三号激励探头、信号发生器、数据采集仪和声发射传感器的连接图；图5为圆形区域的圆心与声源点之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：/n步骤1、在航天器结构体外壁上估计设置在航天器结构体内壁上的声发射传感器(3)的位置，得出与声发射传感器(3)位置对应的估计位置，以该位置为圆心画圆；/n步骤2、判断圆的圆心与声源点(1)之间的距离是否不大于1/2单激励信号有效传播距离，如果是，则执行步骤3，如果否，则执行步骤4；/n步骤3、在声源点(1)处设置一号激励探头，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器(3)感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号；/n步骤4、以声源点(1)为圆心，以声源点(1)到所述圆的圆心的距离为半径，画寻优弧(7)，该寻优弧(7)的两个端点位于圆的边界上；/n步骤5、利用1个二号激励探头(2)，采用二分之一逐次逼近法从寻优弧(7)的两个端点开始在寻优弧(7)上的不同位置上逐次激励二号激励探头(2)产生声发射信号，得到声发射信号传播到一号声发射传感器(3)的时间，从所述声发射信号传播到一号声发射传感器(3)的时间中找到最短时间对应寻优弧(7)上的二号激励探头(2)位置，将所述二号激励探头(2)位置与声源点(1)的连线作为声源点(1)到声发射传感器(3)的信号传播路径；/n步骤6、在声源点(1)到声发射传感器(3)的信号传播路径上等距布置多个三号激励探头(4)，所述三号激励探头(4)的个数为用声源点(1)连接至声发射传感器(3)并延长至圆的边界的距离除以单激励信号有效传播距离的商向上取整的数；/n步骤7、从声源点(1)处的三号激励探头(4)开始，依次激发每个三号激励探头(4)产生声发射信号，每个三号激励探头(4)产生的声发射信号按时序形成叠加信号，由声发射传感器(3)感知所述叠加信号并将所述叠加信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。/n...

【技术特征摘要】
1.模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：
步骤1、在航天器结构体外壁上估计设置在航天器结构体内壁上的声发射传感器(3)的位置，得出与声发射传感器(3)位置对应的估计位置，以该位置为圆心画圆；
步骤2、判断圆的圆心与声源点(1)之间的距离是否不大于1/2单激励信号有效传播距离，如果是，则执行步骤3，如果否，则执行步骤4；
步骤3、在声源点(1)处设置一号激励探头，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器(3)感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号；
步骤4、以声源点(1)为圆心，以声源点(1)到所述圆的圆心的距离为半径，画寻优弧(7)，该寻优弧(7)的两个端点位于圆的边界上；
步骤5、利用1个二号激励探头(2)，采用二分之一逐次逼近法从寻优弧(7)的两个端点开始在寻优弧(7)上的不同位置上逐次激励二号激励探头(2)产生声发射信号，得到声发射信号传播到一号声发射传感器(3)的时间，从所述声发射信号传播到一号声发射传感器(3)的时间中找到最短时间对应寻优弧(7)上的二号激励探头(2)位置，将所述二号激励探头(2)位置与声源点(1)的连线作为声源点(1)到声发射传感器(3)的信号传播路径；
步骤6、在声源点(1)到声发射传感器(3)的信号传播路径上等距布置多个三号激励探头(4)，所述三号激励探头(4)的个数为用声源点(1)连接至声发射传感器(3)并延长至圆的边界的距离除以单激励信号有效传播距离的商向上取整的数；
步骤7、从声源点(1)处的三号激励探头(4)开始，依次激发每个三号激励探头(4)产生声发射信号，每个三号激励探头(4)产生的声发射信号按时序形成叠加信号，由声发射传感器(3)感知所述叠加信号并将所述叠加信号传送出去，作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。


2.根据权利要求1所述的模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励方法，其特征在于，步骤3中，激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器(3)感知所述声发射信号并将所述声发射信号传送出去，具体为：
采用信号发生器(6)激发一号激励探头产生声发射信号，由声发射传感器(3)感知所述声发射信号，并由数据采集仪(5)记录声发射传感器(3)接收到声发射信号的时刻，将声发射传感器(3)感知到的声发射信号作为模拟空间碎片超高速撞击声发射的无损等效声源激励信号。

【专利技术属性】
技术研发人员：迟润强，曹武雄，王晓宇，庞宝君，王磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23