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原文传递基于微纳耦合光纤传感器的线性定位系统及方法

专利名称：	基于微纳耦合光纤传感器的线性定位系统及方法
摘要：	本发明一种基于微纳耦合光纤传感器的线性定位系统及方法，所述包括以下步骤：S1：对一个微纳耦合光纤传感器获得的声发射信号，通过Gabor时频变换得到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得到初始频率，从而得到初始频率的到达时间和初始速度；S3：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：根据群速度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：实际到达时间和理论到达时间之间的误差函数取最小值时对应的声源距离取值，为声源的线性定位距离。
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;王旭鸿;周阳;王鹏昭;王程程
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：	CN201911384466.5
公开号：	CN111141830A
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线性定位方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：对一个微纳耦合光纤传感器(2)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群速度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：根据群速度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。 2.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位方法，其特征在于，S1中，对微纳耦合光纤传感器(2)获得的声发射信号，通过滤波处理选取20～400kHz的声发射信号进行Gabor时频变换。 3.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位方法，其特征在于，S2中，设定的阈值为时频图中最大能量5％。 4.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位方法，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。 5.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位方法，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。 6.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位方法，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。 7.根据权利要求1所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位方法，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。 8.基于微纳耦合光纤传感器的线性定位系统，其特征在于，包括依次连接的一个微纳耦合光纤传感器(2)，低噪声光电转换电路(3)，数据采集卡(4)和集成定位模块(5)；所述的微纳耦合光纤传感器(2)包括方形玻璃管(1)和密封置于方形玻璃管(1)中的微纳耦合光纤传感器本体；所述的低噪声光电转换电路(3)连接微纳耦合光纤传感器本体中的微纳耦合光纤(6)，用于将声发射的光信号转换为电信号；所述的数据采集卡(4)连接低噪声光电转换电路(3)的输出端，用于采集转换后的声发射信号；所述的集成定位模块(5)连接数据采集卡(4)的输出端，用于接收采集到的声发射信号，并通过如权利要求1-7任意一项所述的方法得到声源的线性定位距离后输出。 9.根据权利要求8所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位系统，其特征在于，微纳耦合光纤传感器本体底部通过设置封装胶(8)固定在方形玻璃管(1)中，两端通过设置的封装胶(8)与方形玻璃管(1)的两端开口密封连接。 10.根据权利要求8所述的基于微纳耦合光纤传感器的线性定位系统，其特征在于，微纳耦合光纤传感器本体还包括封装V型槽(7)；微纳耦合光纤(6)两侧分别通过封装胶(8)封装在V型槽(7)内。
所属类别：	发明专利