兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 240234-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0234
收稿日期:
2024-04-01
上线日期:
2025-02-28
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Lizhong, REN Huilan*(), LI Tao
Received:
2024-04-01
Online:
2025-02-28
摘要:
对于大型混凝土、岩石等结构,由于其内部含有空区结构,弹性波会绕过空区沿非直线路径传播,基于直线路径的传统时差定位算法误差较大。为提高含空区结构中的声发射源定位精度,基于Basic Theta*算法提出一种适用于含空区结构的声发射源定位方法,通过含圆形空区混凝土平板表面的断铅试验对该方法进行了验证,并讨论了传感器数量、传感器位置、声发射源位置对声发射源定位误差的影响。采用多通道声发射测试系统获得了混凝土平板中波速随传播距离衰减的规律;单个和多个声发射源的定位结果表明,相较于传统时差定位方法和A*定位方法,提出的定位方法有效降低了弹性波绕过空区传播对定位的影响,大幅度提高了含空区混凝土结构中的声发射源定位精度及效率。
张力中, 任会兰, 李涛. 基于Basic Theta*算法的声发射源定位方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240234-.
ZHANG Lizhong, REN Huilan, LI Tao. An Acoustic Emission Source Localization Method Based on Basic Theta* Algorithm[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(2): 240234-.
空区 | 算法 | 扩展节点数 | 节点计算次数 | 节点平均计算次数 | 搜索时间/s | 路径长度/mm |
---|---|---|---|---|---|---|
有空区 | 传统A*算法 | 5024 | 17979 | 3.579 | 0.071 | 160.669 |
Hu等[ | 4879 | 56983 | 11.679 | 0.138 | 153.435 | |
Basic Theta*算法 | 4229 | 14826 | 3.506 | 0.102 | 152.506 | |
无空区 | 传统A*算法 | 2115 | 7787 | 3.68 | 0.029 | 98.284 |
Hu等[ | 1472 | 14494 | 9.85 | 0.034 | 93.246 | |
Basic Theta*算法 | 441 | 1145 | 2.59 | 0.007 | 92.195 |
表1 3种算法搜索结果比较
Table 1 Comparison of search results of three algorithms
空区 | 算法 | 扩展节点数 | 节点计算次数 | 节点平均计算次数 | 搜索时间/s | 路径长度/mm |
---|---|---|---|---|---|---|
有空区 | 传统A*算法 | 5024 | 17979 | 3.579 | 0.071 | 160.669 |
Hu等[ | 4879 | 56983 | 11.679 | 0.138 | 153.435 | |
Basic Theta*算法 | 4229 | 14826 | 3.506 | 0.102 | 152.506 | |
无空区 | 传统A*算法 | 2115 | 7787 | 3.68 | 0.029 | 98.284 |
Hu等[ | 1472 | 14494 | 9.85 | 0.034 | 93.246 | |
Basic Theta*算法 | 441 | 1145 | 2.59 | 0.007 | 92.195 |
传感器编号 | 断铅次序 | ||
---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | |
S1 | 30.7704600 | 36.4749365 | 40.7894925 |
S2 | 30.7704683 | 36.4749463 | 40.7895128 |
S3 | 30.7705165 | 36.4749932 | 40.7895495 |
S4 | 30.7705158 | 36.4750110 | 40.7895678 |
S5 | 30.7705055 | 36.4749842 | 40.7895507 |
S6 | 30.7704662 | 36.4749427 | 40.7894988 |
S7 | 30.7704608 | 36.4749390 | 40.7895063 |
S8 | 30.7704365 | 36.4749128 | 40.7894687 |
表2 各传感器接收到声发射信号的时刻
Table 2 The arrival times of acoustic emission signals received by sensors s
传感器编号 | 断铅次序 | ||
---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | |
S1 | 30.7704600 | 36.4749365 | 40.7894925 |
S2 | 30.7704683 | 36.4749463 | 40.7895128 |
S3 | 30.7705165 | 36.4749932 | 40.7895495 |
S4 | 30.7705158 | 36.4750110 | 40.7895678 |
S5 | 30.7705055 | 36.4749842 | 40.7895507 |
S6 | 30.7704662 | 36.4749427 | 40.7894988 |
S7 | 30.7704608 | 36.4749390 | 40.7895063 |
S8 | 30.7704365 | 36.4749128 | 40.7894687 |
定位方法 | 用时/s |
---|---|
传统A*定位方法 | 1966.4 |
Hu等[ | 1308.3 |
本文定位方法 | 622.6 |
表3 计算最快传播路径库用时
Table 3 Time taken to calculate the fastest propagation path library
定位方法 | 用时/s |
---|---|
传统A*定位方法 | 1966.4 |
Hu等[ | 1308.3 |
本文定位方法 | 622.6 |
断铅次序与 平均误差 | 直线路径定位方法 | 传统A*定位方法 | Hu等[ | 本文定位方法 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
定位坐标/mm | 误差/mm | 定位坐标/mm | 误差/mm | 定位坐标/mm | 误差/mm | 定位坐标/mm | 误差/mm | |
1 | (207.5,110) | 12.50 | (205,122.5) | 23.05 | (202.5,115) | 15.21 | (200,115) | 15.00 |
2 | (207.5,100) | 7.50 | (202.5,115) | 15.21 | (200,107.5) | 7.50 | (200,105) | 5.00 |
3 | (197.5,92.5) | 7.91 | (200,107.5) | 7.50 | (200,97.5) | 2.50 | (200,97.5) | 2.50 |
平均误差 | 9.3 | 15.3 | 8.4 | 7.5 |
表4 3次断铅的定位结果
Table 4 Localization results of three lead breaks
断铅次序与 平均误差 | 直线路径定位方法 | 传统A*定位方法 | Hu等[ | 本文定位方法 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
定位坐标/mm | 误差/mm | 定位坐标/mm | 误差/mm | 定位坐标/mm | 误差/mm | 定位坐标/mm | 误差/mm | |
1 | (207.5,110) | 12.50 | (205,122.5) | 23.05 | (202.5,115) | 15.21 | (200,115) | 15.00 |
2 | (207.5,100) | 7.50 | (202.5,115) | 15.21 | (200,107.5) | 7.50 | (200,105) | 5.00 |
3 | (197.5,92.5) | 7.91 | (200,107.5) | 7.50 | (200,97.5) | 2.50 | (200,97.5) | 2.50 |
平均误差 | 9.3 | 15.3 | 8.4 | 7.5 |
定位方法 | 平均误 差/mm | 最大误 差/mm | 最小误 差/ mm | 最小误差 数量/个 |
---|---|---|---|---|
直线路径定位方法 | 15.36 | 41.61 | 0 | 2 |
传统A*定位方法 | 13.03 | 28.50 | 0 | 1 |
Hu等[ | 11.53 | 35.53 | 0 | 5 |
本文定位方法 | 11.17 | 37.50 | 0 | 9 |
表5 148个声发射源的定位误差
Table 5 Localization errors of 148 AE sources
定位方法 | 平均误 差/mm | 最大误 差/mm | 最小误 差/ mm | 最小误差 数量/个 |
---|---|---|---|---|
直线路径定位方法 | 15.36 | 41.61 | 0 | 2 |
传统A*定位方法 | 13.03 | 28.50 | 0 | 1 |
Hu等[ | 11.53 | 35.53 | 0 | 5 |
本文定位方法 | 11.17 | 37.50 | 0 | 9 |
传感器数量/个 | 平均定位误差/mm |
---|---|
4 | 21.96 |
6 | 17.07 |
8 | 11.17 |
表6 不同传感器数量下的定位误差
Table 6 Localization errors of AE sources with different number of sensors
传感器数量/个 | 平均定位误差/mm |
---|---|
4 | 21.96 |
6 | 17.07 |
8 | 11.17 |
传感器布置方案 | 平均定位误差/mm |
---|---|
方案1 | 17.07 |
方案2 | 16.43 |
方案3 | 17.94 |
表7 不同传感器位置下的定位误差
Table 7 Localization error of AE sources with different positions of sensors
传感器布置方案 | 平均定位误差/mm |
---|---|
方案1 | 17.07 |
方案2 | 16.43 |
方案3 | 17.94 |
断铅位置/mm | 定位结果/mm | 定位误差/mm |
---|---|---|
(20,120) | (20,122.5) | 2.50 |
(40,320) | (42.5,320) | 2.50 |
(160,360) | (157.5,370) | 10.31 |
(220,20) | (212.5,12.5) | 10.61 |
(300,40) | (292.5,50) | 12.50 |
(340,380) | (337.5,382.5) | 3.54 |
(380,160) | (380,165) | 5.00 |
(360,320) | (360,322.5) | 2.50 |
表8 传感器阵列外的声发射源定位误差
Table 8 Localization errors of AE sources outside the sensor array
断铅位置/mm | 定位结果/mm | 定位误差/mm |
---|---|---|
(20,120) | (20,122.5) | 2.50 |
(40,320) | (42.5,320) | 2.50 |
(160,360) | (157.5,370) | 10.31 |
(220,20) | (212.5,12.5) | 10.61 |
(300,40) | (292.5,50) | 12.50 |
(340,380) | (337.5,382.5) | 3.54 |
(380,160) | (380,165) | 5.00 |
(360,320) | (360,322.5) | 2.50 |
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