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原文传递基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法

专利名称：	基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法
摘要：	本发明涉及一种基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，该方法包括：设置微纳耦合光纤传感器的工作角度；通过耦合型光纤传感器对待测平板工件采集数据；基于A0模式的误差目标函数法对发声源线性定位；根据所采集传感器的数量选择不同的平面定位方式；两个传感器，采用三角函数平面定位法；三个传感器，采用误差目标函数平面定位法。本发明适用于在板状结构中的发声源平面定位，相对于传统采用压电式传感器的平面定位方法，本发明能够提高系统抗电磁干扰能力和平面定位的准确度。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安交通大学
发明人：	刘懿莹;付文成;王鹏昭;王程程;王旭鸿;周阳
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T12:00:00+0805
申请号：	CN201911384452.3
公开号：	CN111141829A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	陈翠兰
分类号：	G01N29/14;G01N29/46;G01H9/00;G;G01;G01N;G01H;G01N29;G01H9;G01N29/14;G01N29/46;G01H9/00
申请人地址：	710049 陕西省西安市咸宁西路28号
主权项：	1.基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设置至少两个微纳耦合光纤传感器在被测平面上的工作角度；步骤2，分别通过每个微纳耦合光纤传感器对被测声源进行线性定位，得到每个微纳耦合光纤传感器到声源的距离；步骤3，当布置两个微纳耦合光纤传感器进行定位时，采用三角函数平面定位法；根据固定两个微纳耦合型光纤传感器之间的距离L，以及步骤2中得到的声源到两个微纳耦合型光纤传感器间的距离L1和L2，计算出声源和传感器的连线与两个传感器连线间的夹角α，通过三角函数法求得声源坐标(x0，y0)；当布置三个及三个以上的微纳耦合光纤传感器进行定位时，采用目标误差函数平面定位法；通过步骤2中得到声源到任意三个微纳耦合型光纤传感器间的实际距离L1、L2和L3，再利用两点间距离公式计算微纳耦合光纤传感器与声源间的理论距离，以理论距离和实际距离间相对误差最小作为优化目标建立误差目标函数，当相对误差取得最小值时所对应的坐标即为声源坐标(x0，y0)。 2.根据权利要求1所述基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，所述步骤1中，设置工作角度时，将微纳耦合光纤传感器布置在被测平面的顶角上，使得传感器与声源的夹角范围在45°-135°内。 3.根据权利要求1所述基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，步骤2中，每个微纳耦合光纤传感器对被测声源进行线性定位时，具体包括如下步骤， S1：对一个微纳耦合光纤传感器获得的声发射信号，进行Gabor时频变换得到声发射信号的时频图，从时频图中识别出A0模态的声发射信号； S2：将A0模态的声发射信号进行快速傅里变换后选取变换后信号的峰值频率作为初始频率；根据设定阈值绘制阈值等值线，选取初始频率与阈值等值线的第一个交点对应的时间为初始频率的到达时间；根据初始频率的到达时间和A0模态下声发射信号的频散曲线得到初始频率对应的初始速度； S3：剔除阈值等值线中的无效等值线后提取得到有效等值线，从有效等值线上读取设定的各频率分量及各频率分量对应的时间为实际到达时间； S4：根据频散曲线得到各频率分量对应的实际速度；根据时间、速度和距离的关系，由初始频率的初始速度和各频率分量的实际速度，得到含有声源距离的各频率分量的理论到达时间； S5：将各频率分量的实际到达时间和理论到达时间之间的误差函数作为目标函数，确定目标函数取最小值时对应的声源距离取值，得到声源的线性定位距离。 4.根据权利要求3所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S2中，设定的阈值为时频图中最大能量5％。 5.根据权利要求3所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S3中，有效等值线提取方法如下： S31，确定有效等值线所在集合； MATLAB阈值等值线计算结果存储在频率和时间相对应的二维集合中，其中的每一个子集都代表一段等值线；利用最小值函数求取每一个子集的最小时间值，再对比选择最小值较小的两个子集，并从其中选择数据最多的子集，筛选出含有有效等值线所在集合； S32，确定等值线方向；将含有有效等值线所在集合中时间最小的点作为有效等值线的起点；根据A0模态的到达时间随着频率的降低而增加，判断确定有效等值线的方向； S33，确定有效等值线终点；将含有有效等值线所在集合中第一个随着时间的增大频率开始增大的点作为有效等值线终点，在此处将集合进行分割，终点之前的部分作为有效等值线。 6.根据权利要求3所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S3中，有效等值线提取方法还包括， S34，去除野值点；将含有有效等值线所在集合做时间差运算，比较Δti与Δti-1，若Δti>Δti-1，保留该点，若Δti<Δti-1则去掉该点；经过有效等值线集合确认、等值线方向确定、有效等值线终点确定以及野值点剔除后得到了最终的有效等值线。 7.根据权利要求3所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S4中，所述的时间、速度和距离的关系如下，其中，t′i为各频率分量的理论到达时间，t0为初始频率到达时间，vi为各频率分量对应的实际速度，为初始频率对应的初始速度，d为声源距离。 8.根据权利要求3所述的基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，S5中，所述目标函数如下， J(d)＝∑(t′i-ti)2 其中，声源的线性定位距离dm＝arg min J，t′i为各频率分量的理论到达时间，ti为各频率分量的实际到达时间。 9.根据权利要求1所述基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，所述步骤3中，布置两个微纳耦合光纤传感器进行定位时，具体的步骤如下，利用步骤2确定两个传感器到声源的距离分别为L1和L2，根据计算出声源和传感器的连线与两个传感器连线间的夹角α的正弦值和余弦值，再根据x0＝L1sinα，y0＝L-L1cosα求得声源坐标(x0，y0)。 10.根据权利要求1所述基于微纳耦合光纤传感器的平面定位方法，其特征在于，所述步骤3中，当布置三个及三个以上的微纳耦合光纤传感器进行定位时，具体的步骤如下，步骤3.1，任意选定三个微纳耦合型光纤传感器，确定对应的放置位置，利用步骤2确定三个微纳耦合光纤传感器与声源间的实际距离分别为L1、L2和L3；步骤3.2，根据两点间距离公式计算微纳耦合光纤传感器与声源间的理论距离；步骤3.3，以理论距离和实际距离间相对误差最小作为优化目标，当相对误差取得最小值时所对应的坐标即为声源坐标(x0，y0)，误差目标函数计算公式：声源坐标计算公式：(x0,y0)＝arg min E(x0,y0)。
所属类别：	发明专利