一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維增強(qiáng)鋁合金內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是聲發(fā)射參數(shù)檢測分析技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)鋁合金內(nèi)襯復(fù)合氣瓶是運(yùn)載火箭、衛(wèi)星、飛船等航天飛行器發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿υ粗唬哂袛?shù)量多、壓力高、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)安全系數(shù)小、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。其質(zhì)量與可靠性直接影響飛行器的安全與壽命，是航天飛行器的關(guān)鍵件、重要件。
[0003]自緊壓力聲發(fā)射檢測試驗(yàn)是復(fù)合氣瓶強(qiáng)度質(zhì)量考核的關(guān)鍵步驟之一。自緊壓力下復(fù)合層宏觀最大承力接近纖維斷裂強(qiáng)度的60%左右，因此氣瓶復(fù)合層會發(fā)生以層間損傷為主、混合了大量基材開裂、界面摩擦和少量纖維斷裂的損傷。損傷聲發(fā)射信號會從加壓開始一直持續(xù)到加壓結(jié)束。據(jù)統(tǒng)計(jì)八個(gè)檢測通道對復(fù)合氣瓶進(jìn)行聲發(fā)射檢測，采集的聲發(fā)射信號一般在50萬個(gè)左右，最大數(shù)據(jù)率超過5000個(gè)/S。因此復(fù)合氣瓶的聲發(fā)射具有信號數(shù)量多、強(qiáng)度大、頻度高等特點(diǎn)。
[0004]實(shí)現(xiàn)復(fù)合氣瓶聲發(fā)射檢測的關(guān)鍵之一就是如何對聲發(fā)射信號進(jìn)行有效地處理以得到與氣瓶損傷相關(guān)的聲發(fā)射特征信號。信號處理的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)濾波，即如何從數(shù)十萬原始聲發(fā)射信號中將絕大部分無意義信號進(jìn)行有效濾除。
[0005]傳統(tǒng)的復(fù)合氣瓶檢測方法是設(shè)置低靈敏度固定檢測門檻、多通道區(qū)域定位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。然后再進(jìn)行宏觀趨勢統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)觀察保壓過程聲發(fā)射計(jì)數(shù)的變化趨勢以及不同通道聲發(fā)射信號的分布狀況。因此傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法僅能給出聲發(fā)射集中的通道信息、保壓聲發(fā)射收斂狀況等簡單結(jié)果，不能明確給出與復(fù)合氣瓶損傷的聲發(fā)射信息。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的主要缺點(diǎn)是:(I)因受到大量結(jié)構(gòu)噪聲的干擾而不能有效發(fā)現(xiàn)氣瓶的嚴(yán)重?fù)p傷信息，也不能給出損傷在復(fù)合氣瓶上的準(zhǔn)確定位信息；(2)數(shù)據(jù)量大，分析效率低，錯(cuò)檢率高；
(4)趨勢分析不能提供復(fù)合氣瓶剩余強(qiáng)度和批次質(zhì)量差異信息。這對復(fù)合氣瓶后續(xù)安全可靠使用的保障作用十分有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，本發(fā)明通過對原始信號進(jìn)行多重?cái)?shù)據(jù)濾波，實(shí)現(xiàn)聲發(fā)特征信號的高效提取，大大減少了數(shù)據(jù)分析的工作量。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，包括步驟如下:
[0009](I)對聲發(fā)射信號進(jìn)行空間濾波，將定位于復(fù)合氣瓶管口處的聲發(fā)射信號濾除；
[0010](2)對步驟(I)空間濾波保留的聲發(fā)射信號進(jìn)行幅度濾波，將不大于70dB的信號全部刪除；
[0011](3)對步驟(2)幅度濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行能量濾波，將信號能量不大于100的信號濾除；
[0012](4)對步驟(3)能量濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行多重濾波:將不小于80%自緊壓力下產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間不大于3000 μ S且平均頻率低于65ΚΗΖ的聲發(fā)射信號濾除；
[0013](5)保留步驟(4)最終得到的聲發(fā)射信號，即是復(fù)合氣瓶聲發(fā)射特征信號。
[0014]空間濾波包括如下步驟:
[0015](Ia)設(shè)置柱形平面定位模式:設(shè)置聲速為4500m/s、閉鎖距離為1000mm，過定位距離為50mm、衰減量為35dB ；
[0016](Ib)在復(fù)合氣瓶外表面按照相鄰傳感器間距不大于450mm，間隔分層布置傳感器以及在復(fù)合氣瓶上下管口處布置傳感器，上管口傳感器編號為a、下管口傳感器編號為b ;
[0017](Ic)將與傳感器a的時(shí)差大于50 μ s的聲發(fā)射信號濾除；
[0018](Id)對步驟(3)保留的聲發(fā)射信號中與傳感器b的時(shí)差大于50 μ s的聲發(fā)射信號濾除。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0020](I)本發(fā)明基于復(fù)合氣瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種柱形平面時(shí)差定位陣列，這種定位方式可以給出與損傷相關(guān)的聲發(fā)射信號在復(fù)合氣瓶上的準(zhǔn)確位置，其最大偏差不大于8%傳感器間距。相比現(xiàn)有技術(shù)僅能提供信號所在通道的位置信息(其定位偏差為傳感器間距)，大大提高了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0021](2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的多重?cái)?shù)據(jù)濾波條件，是充分考慮了復(fù)合氣瓶壓力試驗(yàn)過程聲發(fā)射機(jī)制、干擾和噪聲來源以及損傷類型的聲發(fā)射特點(diǎn)等綜合確定的?？梢詫馄抗芸诘哪Σ列盘?、復(fù)合層已有損傷部位的摩擦信號、應(yīng)力釋放等無意義信號通過多參數(shù)綜合濾波而濾除?？蓪⒋治雎暟l(fā)射信號從幾十萬減少到幾百個(gè)，數(shù)據(jù)分析工作量減少為原有技術(shù)分析工作的0.5%左右。
[0022](3)本發(fā)明提取得到的復(fù)合氣瓶聲發(fā)射特征信號中包含了與損傷相關(guān)的全部聲發(fā)射信息。不僅在復(fù)合氣瓶損傷相關(guān)性上，而且在信息量和準(zhǔn)確性上均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有分析技術(shù)。因此本發(fā)明的數(shù)據(jù)分析方法一方面大大縮減了數(shù)據(jù)分析的工作量和工作強(qiáng)度，另一方面也便于對信號進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)化處理與分析。這為后續(xù)進(jìn)行復(fù)合氣瓶聲發(fā)射嚴(yán)重性分級與批次質(zhì)量排序奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0025]一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，其中碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶，是指Τ700系列碳纖維增強(qiáng)C601樹脂基復(fù)合材料Τ6061 (Τ6態(tài))鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶，復(fù)合氣瓶的內(nèi)襯主要功能為防止泄漏，復(fù)合氣瓶的復(fù)合層為主要承壓結(jié)構(gòu)；聲發(fā)射特征信號是指與復(fù)合氣瓶損傷相關(guān)的聲發(fā)射信號。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明包括步驟如下:
[0027](I)對聲發(fā)射信號進(jìn)行空間濾波，將定位于復(fù)合氣瓶管口處的聲發(fā)射信號濾除；
[0028]空間濾波包括如下步驟:
[0029](Ia)設(shè)置柱形平面定位模式:設(shè)置聲速為4500m/s、閉鎖距離為1000mm，過定位距離為50mm、衰減量為35dB ；
[0030](Ib)在復(fù)合氣瓶外表面按照相鄰傳感器間距不大于450mm，間隔分層布置傳感器以及在復(fù)合氣瓶上下管口處布置傳感器，上管口傳感器編號為a、下管口傳感器編號為b ;
[0031](Ic)將與傳感器a的時(shí)差大于50 μ s的聲發(fā)射信號濾除；
[0032](Id)對步驟(3)保留的聲發(fā)射信號中與傳感器b的時(shí)差大于50 μ s的聲發(fā)射信號濾除。
[0033](2)對步驟(I)空間濾波保留的聲發(fā)射信號進(jìn)行幅度濾波，將不大于70dB的信號全部刪除；
[0034](3)對步驟(2)幅度濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行能量濾波，將信號能量不大于100的信號濾除；
[0035](4)對步驟(3)能量濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行多重濾波:將不小于80%自緊壓力下產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間不大于3000 μ S且平均頻率低于65ΚΗΖ的聲發(fā)射信號濾除；
[0036](5)保留步驟(4)最終得到的聲發(fā)射信號，即是復(fù)合氣瓶聲發(fā)射特征信號。
[0037]本發(fā)明在原始數(shù)據(jù)中通過幅度濾波、空間濾波、能量濾波、以及多參數(shù)組合濾波將摩擦噪聲、應(yīng)力釋放等無意義聲信號濾除，將與復(fù)合氣瓶爆破強(qiáng)度直接相關(guān)的聲發(fā)射特征信號提取出來。本發(fā)明可對碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)射信號，在不丟失關(guān)鍵損傷信息的前提下，可以將99.5%以上的無關(guān)信號排除。一方面大大減少了數(shù)據(jù)分析工作量，另外可以準(zhǔn)確給出氣瓶損傷部位的二維位置及其他聲發(fā)射信息。這為后續(xù)進(jìn)行復(fù)合氣瓶聲發(fā)射嚴(yán)重性分級以及批次質(zhì)量排序奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0038]本發(fā)明已在相應(yīng)的型號的碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶的聲發(fā)射檢測中進(jìn)行了應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法能夠很好的滿足實(shí)際檢測需要。
[0039]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，其特征在于步驟如下: (1)對聲發(fā)射信號進(jìn)行空間濾波，將定位于復(fù)合氣瓶管口處的聲發(fā)射信號濾除； (2)對步驟(I)空間濾波保留的聲發(fā)射信號進(jìn)行幅度濾波，將不大于70dB的信號全部刪除； (3)對步驟(2)幅度濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行能量濾波，將信號能量不大于100的信號濾除； (4)對步驟(3)能量濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行多重濾波:將不小于80%自緊壓力下產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間不大于3000 μ s且平均頻率低于65ΚΗζ的聲發(fā)射信號濾除； (5)保留步驟(4)最終得到的聲發(fā)射信號，即是復(fù)合氣瓶聲發(fā)射特征信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，其特征在于:所述空間濾波包括如下步驟: (Ia)設(shè)置柱形平面定位模式:設(shè)置聲速為4500m/s、閉鎖距離為1000mm，過定位距離為50mm、衰減量為35dB ； (Ib)在復(fù)合氣瓶外表面按照相鄰傳感器間距不大于450mm，間隔分層布置傳感器以及在復(fù)合氣瓶上下管口處布置傳感器，上管口傳感器編號為a、下管口傳感器編號為b ; (Ic)將與傳感器a的時(shí)差大于50 μ s的聲發(fā)射信號濾除； (Id)對步驟(3)保留的聲發(fā)射信號中與傳感器b的時(shí)差大于50 μ s的聲發(fā)射信號濾除。
【專利摘要】本發(fā)明一種碳纖維增強(qiáng)鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶聲發(fā)特征信號提取方法，包括步驟如下：對聲發(fā)射信號進(jìn)行空間濾波，將定位于復(fù)合氣瓶管口處的聲發(fā)射信號濾除；對空間濾波保留的聲發(fā)射信號進(jìn)行幅度濾波，將不大于70dB的信號全部刪除；對幅度濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行能量濾波，將信號能量不大于100的信號濾除；對能量濾波保留的聲發(fā)射信號再進(jìn)行多重濾波：將不小于80％自緊壓力下產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間不大于3000μs且平均頻率低于65KHz的聲發(fā)射信號濾除；保留最終得到的聲發(fā)射信號，即是復(fù)合氣瓶聲發(fā)射特征信號。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)聲發(fā)特征信號的高效提取，大大減少了數(shù)據(jù)分析的工作量。
【IPC分類】G01N29-36, G01N29-40
【公開號】CN104614448
【申請?zhí)枴緾N201510043811
【發(fā)明人】劉哲軍, 葛麗, 伍頌, 程茶園
【申請人】航天材料及工藝研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月28日