專利名稱：在大型復合材料結(jié)構(gòu)物上的損傷位置定位方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種追蹤用于風力發(fā)電機的葉片的損傷位置的風力葉片損傷位置定位(damage source location)方法,更詳細地涉及大型復合材料結(jié)構(gòu)物上的損傷位置定位方法及其裝置，所述損傷位置定位方法利用基于彈性波的能量制作的等值線圖來檢測缺陷，即使在大型復合材料結(jié)構(gòu)物上，也能夠準確地定位損傷位置。
背景技術(shù)：
風能作為與太陽能一起在新再生能源領(lǐng)域中占有率最大的發(fā)電領(lǐng)域，在向大容量及海上風力領(lǐng)域擴大，并且葉片3在逐漸趨于大型化，由此監(jiān)測葉片3健全性的必要性越來越關(guān)出。圖1表不一般的風力發(fā)電機I。風力發(fā)電機為設置在能夠維持一定風速的山地或海上，通過風來發(fā)電的裝置，在塔2的端部可旋轉(zhuǎn)控制地設置機艙4，再在機艙4的旋轉(zhuǎn)軸6上設置多個風力葉片3。在機艙4的內(nèi)部，在旋轉(zhuǎn)軸6上插入減速器(未示出)來安裝發(fā)電機(未示出)，通過風力葉片3旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)電機發(fā)電。為了使風力葉片3具有高發(fā)電容量，必然要求其大型化。作為一例，在750kW級的情況下，一個葉片3的長度為25m，如果變成3MW，則急劇增大到45m。葉片3的大型化要求大的重量對剛性比，而業(yè)界為了有效地減少大型化帶來的重量增加，并確保剛性比，在積極地使用復合材料(composite material)。作為復合材料，常?；煊貌ＡЮw維增強塑料(GFRP, glass fiber reinforcedplastic)和聚氯乙烯(PVC)/ 輕木。為了支撐風負荷和自重,抗剪腹板(shear web)所在的葉片3的中央部分使用剛性大的GFRP，形成空氣力學結(jié)構(gòu)物的其它部分則通過以下方法減輕重量，S卩，用PVC或輕木來填充GFRP外殼的內(nèi)部。此外，在受到特別多負荷的葉片3根部(root)的周邊部和不承載負荷的葉片3的尖端5周圍的材料，其厚度也有著很大差異。風力葉片3的大型化必然要求開發(fā)一種非破壞式的日常缺陷監(jiān)測技術(shù)。風力葉片3的大小和風力發(fā)電機I的位置設置問題，使得從根源上不能進行通過拆卸的實驗室層面上的維修，并且這樣的問題會使由損傷引起的葉片3的損壞發(fā)展為大型事故，甚至對周圍成堆排列著的其它風力發(fā)電機I也會帶來損傷，從這一點上，需要深刻考慮。風力葉片3的損傷會由多種原因?qū)е?。風力葉片3的制造，代表性地使用如下浸潰法，即，層壓復合材料，放入模具后，浸透粘膠樹脂，在這樣的浸潰過程中，由于粘膠樹脂的不完全浸透以及在由浸潰過程完成的各部件的粘合過程中所發(fā)生的粘合劑的脫落，會導致?lián)p傷。此外，將巨大的結(jié)構(gòu)物搬運到實際設置場所的過程中，由于外部的沖擊，也會發(fā)生損傷。除了這些缺陷，還會有以下原因?qū)е碌膿p傷，即，實際運轉(zhuǎn)中的急劇的風負荷的變化導致的復合材料的剝離；外部物體的撞擊導致的龜裂(crack);雷劈、冰雹及臺風等自然災害。聲發(fā)射源定位技術(shù)是為了測定壓力容器、橋梁、混凝土結(jié)構(gòu)物的損傷發(fā)生傾向而設計的，其為使用多個傳感器來測定通過材料傳播的彈性波，再利用傳感器的位置和彈性波的到達時間差來找出損傷位置的技術(shù)。因此，最近有將非破壞檢測技術(shù)應用在風力葉片3上的趨勢。圖2例示了利用現(xiàn)有的聲發(fā)射的損傷位置定位方法。現(xiàn)有方法中，圍繞監(jiān)測對象結(jié)構(gòu)物中假定存在損傷的區(qū)域，設置多個聲發(fā)射(AE, Acoustic Emission)傳感器(s1、s2、S3、s4)，在檢測出AE信號后，用信號分析設備(C)將其放大，再分析信號，從而找出大概的損傷(crack)發(fā)生位置。但是這樣的現(xiàn)有技術(shù)，因利用的是彈性波到達AE傳感器(S1、s2、s3、s4)的時間差，對于相同材質(zhì)的各向同性材料能夠顯示出滿意的結(jié)果，但對于使用復合材料的大型風力葉片3等，由于根據(jù)材質(zhì)的變化及彈性波方向的彈性波傳播速度不同，會存在大的誤差。即，存在如下問題:隨著決定彈性波傳播速度的材料的物理性質(zhì)發(fā)生大的變化，在由兩種以上的復合材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物上，不適合追蹤損傷位置。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題本發(fā)明用于解決上述問題，目的在于提供一種利用聲發(fā)射的損傷位置定位方法及涉及其的裝置，所述利用聲發(fā)射的損傷位置定位方法，即使對于由復合材料構(gòu)成的大型復合材料結(jié)構(gòu)物(例如，風力葉片30)，也能夠以高的準確度容易地找出損傷位置。技術(shù)方案為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種構(gòu)建等值線圖的方法，用于利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位置，其特征在于，包括:步驟1，在作為定位對象的部分內(nèi)附著至少兩個以上的AE傳感器200 ;步驟2，在作為定位對象的結(jié)構(gòu)物上生成試驗位置910 ;步驟3，在每個試驗位置910上施加彈性波；步驟4，用每個AE傳感器200測定AE信號；步驟5，對所測定的AE信號進行時間或頻率變換后，將其變換成能量值；及步驟6，將所變換的能量值作為對于試驗位置910的信息參數(shù)進行數(shù)據(jù)庫化。在此，所述步驟2優(yōu)選包括:步驟2-1，利用AE傳感器200劃分成格子型；步驟2-2，將各格子的交叉點選定為試驗位置910。優(yōu)選地，所述步驟2利用AE傳感器200劃分成格子型，在所述步驟6中，將基于所述格子的交叉點坐標變換的能量值進行數(shù)據(jù)庫化。此外，在所述步驟6之后優(yōu)選包括步驟7，對數(shù)據(jù)庫化的能量值數(shù)據(jù)的個數(shù)進行擴張，再次進行數(shù)據(jù)庫化。尤其是，所述步驟7的數(shù)據(jù)擴張，更優(yōu)選將試驗位置910之間劃分成多個間距，并基于試驗位置910上的能量值進行插入。此外，在所述步驟3中，優(yōu)選改變施加在試驗位置910上的彈性波的大小來進行施力口，在步驟6中的數(shù)據(jù)庫為根據(jù)彈性波大小的數(shù)據(jù)庫。作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位置的方法，其特征在于，包括:步驟I，將在作為定位對象結(jié)構(gòu)物的試驗位置910上施加彈性波而測定的能量值，按照每個AE傳感器200的試驗位置910，進行數(shù)據(jù)庫化；步驟2，在應用于實際環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物上附著多個AE傳感器200，監(jiān)測聲發(fā)射；步驟3，當AE信號輸入時，將該信號變換成能量值；步驟4，調(diào)用所述步驟I的數(shù)據(jù)庫，將所述能量值對應的試驗位置910提取到每個AE傳感器200的損傷位置預測區(qū)域；步驟5，將損傷位置預測區(qū)域進行重疊，求出交叉點，將該交叉點確定為損傷發(fā)生位置。在此，在所述步驟5中無法求出交叉點時，優(yōu)選包括損傷預測區(qū)域擴張的步驟6，步驟6中在步驟3的能量值上給出誤差范圍，作為新的能量值后，再次回到步驟4。此外，所述步驟I的彈性波，改變大小來施加并分別被數(shù)據(jù)庫化，所述步驟6的損傷預測區(qū)域擴張也同樣按照各自的數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，最終的損傷發(fā)生位置優(yōu)選由具有最小誤差范圍的數(shù)據(jù)庫來確定。作為本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供一種利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位置的裝置，所述定位裝置包括:AE傳感器200，其檢測聲發(fā)射信號；放大單元300，其將檢測出的AE信號放大到能夠分析的大??；信號處理器400,其處理放大的AE信號；發(fā)送模塊500,其以有線或無線發(fā)送被信號處理的AE信號；接收模塊700，其接收來自發(fā)送模塊500的AE信號，并傳送到信號分析單元800 ;及信號分析單元800，其接收來自接收模塊700的AE信號，定位出損傷位置。此外，在所述發(fā)送模塊500優(yōu)選包括發(fā)送天線510，用于以無線發(fā)送AE信號。此外，所述接收模塊700優(yōu)選包括接收天線710，用于以無線接收AE信號。作為本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供一種利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位置的方法，其特征在于，包括:步驟1，在作為定位對象的部分內(nèi)附著至少兩個以上的AE傳感器200 ;步驟2，在作為定位對象的結(jié)構(gòu)物上生成試驗位置910 ;步驟3，在每個試驗位置910上施加彈性波；步驟4，用每個AE傳感器200測定AE信號；步驟5，對所測定的AE信號進行時間或頻率變換后，變換成能量值；及步驟6，將所變換的能量值作為對于試驗位置910的信息參數(shù)進行數(shù)據(jù)庫化；步驟7，在應用于實際環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物上附著多個AE傳感器200，并監(jiān)測聲發(fā)射；步驟8，在AE信號輸入時，將該信號變換成能量值；步驟9，調(diào)用所述步驟6的數(shù)據(jù)庫，提取到所述步驟8的能量值所對應的每個AE傳感器200的損傷位置預測區(qū)域中；步驟10，將損傷位置預測區(qū)域進行重疊，求出交叉點，將該交叉點確定為損傷發(fā)生位置。有益效果本發(fā)明中提供的大型復合材料結(jié)構(gòu)物上的損傷位置定位方法，與現(xiàn)有技術(shù)不同，還可以在不同種類大型復合材料結(jié)構(gòu)物上準確地定位損傷位置。此外，還具有在擴大測定區(qū)域上相比于現(xiàn)有技術(shù)也非常容易的優(yōu)點。此外，即使用最小的AE傳感器也可以對大的區(qū)域進行準確的位置定位。


圖1是表示一般風力發(fā)電機的立體圖；圖2是表示利用現(xiàn)有的聲發(fā)射的損傷位置定位方法的概略圖；圖3是表示本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位裝置的概略圖；圖4是用于構(gòu)建本發(fā)明的基于能量值的等值線圖數(shù)據(jù)庫的試樣結(jié)構(gòu)物及等值線圖不意圖；圖5是表示本發(fā)明損傷位置定位方法的各AE傳感器中的等值線圖的示意圖；圖6是用于說明本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法的損傷位置確定方法的示意圖7是用于說明本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法的損傷位置預測區(qū)域擴張方法的示意圖；圖8是說明用于制作本發(fā)明風力葉片損傷位置定位方法的能量值等值線圖的方法的步驟流程圖；圖9是用于說明本發(fā)明風力葉片損傷位置定位方法的損傷位置檢測方法的步驟流程圖。附圖標記說明100:定位裝置 200:AE傳感器300:放大單元 310:前置放大器320:主放大器400:信號處理器500:發(fā)送模塊 510:發(fā)送天線600:電源700:接收模塊710:接收天線 800:信號分析單元900:試樣910:試驗位置920、930、940、950:損傷發(fā)生預測區(qū)域
具體實施例方式參照附圖詳細 說明本發(fā)明的具體實施例。圖3是表示本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位裝置的概略圖，圖4是用于構(gòu)建本發(fā)明的基于能量值的等值線圖數(shù)據(jù)庫的試樣結(jié)構(gòu)物及等值線圖的示意圖，圖5是表示本發(fā)明損傷位置定位方法的各AE傳感器中的等值線圖的示意圖。此外，圖6是用于說明本發(fā)明風力葉片的損傷位置定位方法的損傷位置確定方法的示意圖，圖7是用于說明本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法的損傷位置預測區(qū)域擴張方法的示意圖，圖8是說明用于制作本發(fā)明風力葉片損傷位置定位方法的能量值等值線圖的方法的步驟流程圖。此外，圖9是用于說明本發(fā)明風力葉片損傷位置定位方法的損傷位置檢測方法的步驟流程圖。與現(xiàn)有技術(shù)相同的部分，在說明中省略對理解發(fā)明的技術(shù)思想不必要的事項，但本發(fā)明的技術(shù)思想及其保護范圍并不限定于此。首先，通過圖3對本發(fā)明的風力葉片的損傷位置定位裝置進行詳細的說明。本發(fā)明的風力葉片的損傷位置定位裝置包括:AE傳感器200，其檢測聲發(fā)射信號；放大單元300，其將檢測出的AE信號放大到能夠分析的大小；信號處理器400，其處理放大的AE信號；發(fā)送模塊500，其以無線發(fā)送被信號處理的AE信號；接收模塊700，其接收來自發(fā)送模塊500的AE信號，并傳送到信號分析單元800 ;及信號分析單元800，其接收來自接收模塊700的AE信號，定位出損傷位置。AE傳感器200為接收來自應力波的聲發(fā)射信號的傳感器，通常具備前置放大器310和主放大器320，所述應力波在固體內(nèi)部等中局部地形成的變形能急劇地釋放時產(chǎn)生。AE傳感器200優(yōu)選由壓電元件(piezoelectric sensor)構(gòu)成?；旧线x擇測定結(jié)構(gòu)物最優(yōu)化的方法來設置AE傳感器200，其一例如下。即，選取分割風力葉片3中心的一條直線，以一定間隔設置AE傳感器200，或如圖4 Ca)所示，將風力葉片3的關(guān)心區(qū)域分割成任意的四邊形來設置AE傳感器200。
前置放大器310根據(jù)每個AE傳感器200分別設置一個，由高通濾波器(high passfilter)和低通濾波器(low pass filter)構(gòu)成,或由它們之間的組合構(gòu)成的帶通濾波器(band pass filter)構(gòu)成。主放大器320具備用于處理低頻及高頻信號的濾波器，接收并處理從前置放大器310放大的AE信號，并實時地輸出模擬信號。信號處理器400對從主放大器320傳送的實時的AE信號進行去除噪音，或解析及運算等適當?shù)奶幚?，并傳送到發(fā)送模塊500。發(fā)送模塊500起到如下作用，S卩，搜集來自AE傳感器200的信號并以無線傳送到位于遠距離的信號分析單元800。為此，在發(fā)送模塊500上具備發(fā)送天線510。因風力發(fā)電機I常常設置在海上，而且風力葉片3通常在高處通過風力旋轉(zhuǎn)，因此，不能為了獲得AE信號直接用有線連接。因此，本發(fā)明引入了以無線傳送信號的發(fā)送模塊500。

此外，在本發(fā)明的風力葉片的損傷位置定位裝置上，進一步包括專門的電源600，用于驅(qū)動信號處理器400、發(fā)送模塊500及放大單元300。包括所述電源600，將AE傳感器200、放大單元300、信號處理器400及發(fā)送模塊500設置在風力葉片3的內(nèi)側(cè)空間部或插入在材料的內(nèi)部。在與風力發(fā)電機(圖1的I)相隔的遠距離站點上，設置信號分析單元800。信號分析單元800包括接收模塊700，所述接收模塊700用于接收發(fā)送模塊500傳送的數(shù)字化的AE信號。接收模塊700包括接收天線710。信號分析單元800利用所測定的AE信號，基于每個AE傳感器200的能量值,制作等值線圖(contour map)并存儲在數(shù)據(jù)庫中，而且當感知到從實際缺陷產(chǎn)生的彈性波時，利用每個AE傳感器200的等值線圖來判定損傷位置。下面，對等值線圖的制作方法及損傷位置的定位方法進行詳細說明。下面，利用圖4、圖5及圖8，對本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法中，基于彈性能的每個AE傳感器200的等值線圖的制作和利用它形成數(shù)據(jù)庫的方法進行詳細說明。對每個AE傳感器200制作等值線圖是指:在實際應用作為定位損傷位置的對象物之前，在實驗室條件下對對象物施加測試用彈性波，基于該彈性波所對應的AE信號，預先記錄彈性能傳送的情況并制作成表。以風力葉片3為例，如圖3所示，以風力葉片3的一部分為對象，監(jiān)測損傷的發(fā)生并找出損傷位置的情況下，在設置在風力發(fā)電機I上應用之前，在實驗室中將作為監(jiān)測對象的部分，如圖4所示，劃分成許多個點，并施加測試用彈性波，對每個AE傳感器200制作如圖4 (b)所示的等值線圖。等值線圖數(shù)據(jù)庫，基本上要在對象物最完好無損時制作，對于已經(jīng)應用中的對象物要將開始制作數(shù)據(jù)庫的那一刻假定為最完好無損的狀態(tài)。為了形成等值線圖數(shù)據(jù)庫，首先選定適合于對象物測定的AE傳感器200的位置，并設置傳感器。之后，如圖4 (a)所示，在作為對象的結(jié)構(gòu)物表面(B卩，試樣)900上，以一定間隔假想地畫出正方形矩陣，將其交點定為試驗位置910，在該點上生成具有一定大小能量的彈性波，并用AE傳感器200進行測定。按照每個傳感器分別測定的一個AE信號，在信號處理器400或信號分析單兀800中，通過積分確定為代表該試驗位置910的一個能量值。當按照所有矩陣上的試驗位置910分別完成根據(jù)彈性波施加的彈性能測定時，即可完成包括整個結(jié)構(gòu)物的矩陣。圖4 (b)中表示了 (基于第二傳感器中測定的AE信號，經(jīng)過時間或頻率變換后，變換成能量值，用該能量值所制作的矩陣)。因圖4 (b)所示的每個試驗位置能量值為AE信號的能量值，因此具有不受閾值和在信號傳播過程中衰減導致的波形變化的影響的優(yōu)點。每個AE傳感器200等值線圖數(shù)據(jù)庫，將所測定彈性波的聲發(fā)射信號的事件的能量值以矩陣形式進行存儲。即，在特定的一個試驗位置上產(chǎn)生的彈性波通過傳播過程傳送到傳感器中，通過傳播過程特性改變的彈性波被信號處理成能量值，作為矩陣中的元素存儲。各試驗位置900的坐標(X, y)值被還原成(m, η)的元素值。重復這一過程，從而完成具有能量值的矩陣N。，這將成為以后生成的數(shù)據(jù)庫的基礎。N。矩陣按照測定所使用的AE傳感器200的個數(shù)生成。由于在本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法中，數(shù)據(jù)庫的(m，η)位置會以損傷位置定位結(jié)果顯示，因此通過插入過程，對N。進行擴張，使其數(shù)據(jù)量比所測定的數(shù)據(jù)多。插入操作用于提高損傷位置定位結(jié)果的準確性。通過插入操作，將N。制作成其數(shù)據(jù)量增多k倍的N矩陣。通過插入擴張的比率k需要根據(jù)試驗位置910之間的距離以最佳比率確定，其在此后用于數(shù)據(jù)庫驗證的損傷位置定位試驗中通過比較確定即可。圖4 (c)表示由通過插入的測定數(shù)據(jù)的擴張形成的、對應第二 AE傳感器200的矩陣N2?？梢源_認，相比于圖4b的原測定數(shù)據(jù)矩陣N。，數(shù)據(jù)分布更加柔和。如此擴張的等值線圖按照各AE傳感器200分別準備，圖5表示了該例。如圖中可以確認，按照各AE傳感器200會得出完全不同形狀的彈性能分布，此為到各AE傳感器200所處的位置的介質(zhì)種類的不同所產(chǎn)生的，反論地說明現(xiàn)有的利用聲發(fā)射的損傷位置探測方法只能不準確。此外，可能在風力葉片(圖3的3)上發(fā)生的損傷種類非常多，其彈性能大小的頻譜也非常廣，因此，只用一個彈性能大小制作的一組N數(shù)據(jù)庫不容易定位出準確的損傷位置。即，其道理如同，假定鳥類的沖撞，在試驗位置上施加適合其大小的彈性波而制作的等值線圖數(shù)據(jù)庫無法檢測出臺風導致的風力葉片3的扭曲損傷位置。為了解決這個問題，本發(fā)明引入了改變彈性波的大小，并構(gòu)建多組N數(shù)據(jù)庫的方法。如圖8所示，對各試 驗位置910施加一個彈性波大小，形成N矩陣組后，改變彈性波的大小，再形成另一個N矩陣組。在根據(jù)大小的多個Ng (在此，g為根據(jù)測試用彈性波能量大小的組)中，可適用在損傷位置定位的組的判定，將在損傷位置定位算法中執(zhí)行。如此構(gòu)成的彈性波能量的每個大小的等值線圖數(shù)據(jù)庫Ng，以基于文本的文件形式存儲在圖3的信號分析單元800內(nèi)，使之易于以數(shù)據(jù)讀取，在其它程序中也能夠確認及訪問內(nèi)容。下面，通過圖6、圖7及圖9，對本發(fā)明的風力葉片的損傷位置定位方法進行詳細的說明。用于定位損傷位置的算法，部分地與構(gòu)建等值線圖的數(shù)據(jù)庫非常類似。逆方向執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建過程即可定位損傷位置。如圖3所示，在損傷發(fā)生可能性高或在損傷發(fā)生的情況下，在致命的部位上設置AE傳感器200，監(jiān)測是否存在損傷導致的聲發(fā)射。AE傳感器200的設置位置要使其與在形成等值線圖的數(shù)據(jù)庫的過程中附著的位置相一致。在監(jiān)測中由損傷產(chǎn)生彈性波，其能量通過AE傳感器200被測定，則使用與構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的過程相同的方法，對測定的AE信號進行信號處理，變換成能量值(E。)。
其次，選擇適合于分析的AE傳感器200。對于風力葉片3，因其一側(cè)的長度非常長，當在任意的部位上產(chǎn)生損傷時，使用布置在整個結(jié)構(gòu)物上的所有傳感器進行分析是非效率的。因此，只選擇與損傷充分接近的AE傳感器200用于定位，有利于提高準確度。用于任意的AE信號產(chǎn)生時使用的AE傳感器200，通過比較各傳感器測定的彈性能，選擇測定結(jié)果最大的傳感器，或選擇的傳感器，其所形成方形的區(qū)域能夠由大小最大的傳感器構(gòu)成，從而實施損傷位置的定位。當選定用于定位的AE傳感器200時，則提取與之對應的等值線圖數(shù)據(jù)庫N。其次，從存儲在N中的彈性能量值中提取具有與所述E。相同的值的(m，η)坐標，從而確定損傷預測區(qū)域L。因每個AE傳感器200都具有專門的等值線圖作為數(shù)據(jù)庫，因此，損傷預測區(qū)域L也以每個AE傳感器200確 定。將這樣的過程對每個AE傳感器200重復，就能夠確定對于每個傳感器的所有損傷預測區(qū)域。將該損傷預測區(qū)域按照每個組重疊(overlay)，所有AE傳感器200的候補區(qū)域相會處即為損傷發(fā)生的區(qū)域(X，y)。圖6表示了在此過程中得出的損傷預測區(qū)域和損傷發(fā)生區(qū)域。圖6(a)至圖6(d)表示通過特定的每個AE傳感器200的N，利用由損傷產(chǎn)生的彈性能E。，從存儲在N的值中找出損傷發(fā)生預測區(qū)域(920、930、940、950)。因各損傷發(fā)生預測區(qū)域(920、930、940、950)表示實際風力葉片3上的(X，y)坐標值，因此，這樣找出的損傷發(fā)生區(qū)域也表示實際坐標值。在構(gòu)建等值線圖的數(shù)據(jù)庫的過程中，試驗位置910以外的區(qū)域都是通過插入被假想的數(shù)據(jù)填充，因此，對應所測定的損傷信號的能量值E。的L即使重疊，也可能不會相會。因此，為了保障高可靠性，有必要在E。上利用適用一定誤差范圍的E值，拓寬損傷預測區(qū)域。因為利用各種E值求出的L具有更寬的范圍，從而與來自其它AE傳感器200的損傷預測區(qū)域重疊的可能性會提高，對于找出損傷位置會更加有利。逐漸增加誤差范圍，將所有AE傳感器200的L最先重疊的位置確定為損傷發(fā)生區(qū)域。圖7示出了表示應用誤差范圍求出的E。值的損傷預測區(qū)域920的一個例子?？梢源_認，隨著誤差范圍的擴大，損傷發(fā)生候補區(qū)域980也逐漸擴大。此外，本發(fā)明中，在構(gòu)建等值線圖的數(shù)據(jù)庫時，在試驗位置(圖4的910)上將彈性波的能量大小進行多樣化的改變而獲得數(shù)據(jù)，關(guān)于使用何種彈性能測試的等值線圖數(shù)據(jù)庫組，可以通過以上說明的誤差范圍的大小來確定。S卩，可以認為，在選擇按照各彈性波的能量大小構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫來確定損傷發(fā)生區(qū)域的過程中，不斷增加誤差范圍，其中以最小誤差范圍確定損傷發(fā)生區(qū)域的彈性波能量為適合的數(shù)據(jù)庫。這樣的算法搭載在本發(fā)明的信號分析單元800上被適當?shù)剡\用。本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法及裝置具有以下優(yōu)點，S卩，不僅與現(xiàn)有的追蹤方法在方法上不存在大的差異，而且準確度高。從而具有直接應用已有的測定裝置，而只需改變軟件即可實現(xiàn)的優(yōu)點。下面，通過舉出應用在實物上求出的實際數(shù)據(jù)，說明本發(fā)明的風力葉片損傷位置定位方法的優(yōu)點。測試用結(jié)構(gòu)物以截斷風力葉片3—部分的形狀，通過與實物相同的制作方法，用復合材料制作而成，其大小(長、寬、高)為(1500mm、1000mm、160mm)。作為AE傳感器200，使用屬于較低頻帶的30kHz帶的PAC的4個R3I，將其設置在四個角落里，使之能夠測定試樣整個區(qū)域。各傳感器的位置更具體為(O，100)、(O, 700)、(1500，100)及(1500，700)。用于施加測試用彈性波的試驗位置910橫豎以IOOmm的間距選定144個。在每個位置上，改變3次彈性波的大小來構(gòu)建等值線圖數(shù)據(jù)庫。下表中示出了通過本發(fā)明的風力葉片的損傷位置定位方法得出的損傷發(fā)生區(qū)域與實際發(fā)生區(qū)域進行比較的結(jié)果。為了強調(diào)本發(fā)明的優(yōu)點，將本發(fā)明的風力葉片的損傷位置定位方法與現(xiàn)有的利用聲發(fā)射的損傷位置定位方法進行了比較?，F(xiàn)有的定位方法需要輸入彈性波的傳播速度，由于材料的不均勻性，難以指定，因此改變3個速度來進行了測定，將其結(jié)果均示于表中。<表1>本發(fā)明和現(xiàn)有方法的損傷位置定位誤差比較
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)建等值線圖的方法，用于利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位鉻，其特征在于，包括: 步驟1，在作為定位對象的部分內(nèi)附著至少兩個以上的AE傳感器(200)； 步驟2，在作為定位對象的結(jié)構(gòu)物上生成試驗位鉻(910)； 步驟3，在每個試驗位鉻(910)上施加彈性波； 步驟4，用每個AE傳感器(200)測定AE信號； 步驟5，對所測定的AE信號進行時間或頻率變換后，將其變換成能量值；及 步驟6，將所變換的能量值作為對于試驗位鉻(910)的信息參數(shù)進行數(shù)據(jù)庫化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的方法，其特征在于，所述步驟2包括: 步驟2-1，利用AE傳感器(200)劃分成格子型； 步驟2-2，將各格子的交叉點選定為試驗位鉻(910)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2利用AE傳感器(200)劃分成格子型，在所述步驟6中，將基于所述格子的交叉點坐標變換的彈性能進行數(shù)據(jù)庫化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟7的數(shù)據(jù)擴張是將試驗位鉻(910)之間劃分成多個間距，并基于試驗位鉻(910)上的能量值進行插入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的方法，其特征在于，在所述步驟3中，改變施加在試驗位鉻(910)上的彈性波大小來進行施加，在步驟6中的數(shù)據(jù)庫為根據(jù)彈性波大小的數(shù)據(jù)庫。
6.一種利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位鉻的方法，其特征在于，包括: 步驟1，將在作為定位對象的結(jié)構(gòu)物的試驗位鉻(910)上施加彈性波而測定的能量值，按照每個AE傳感器(200)的試驗位鉻(910)，進行數(shù)據(jù)庫化； 步驟2，在應用于實際環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物上附著多個AE傳感器(200)，監(jiān)測聲發(fā)射； 步驟3，當AE信號輸入時，將該信號變換成能量值； 步驟4，調(diào)用所述步驟I的數(shù)據(jù)庫，提取到所述能量值對應的每個AE傳感器(200)的損傷位鉻預測區(qū)域； 步驟5，將損傷位鉻預測區(qū)域進行重疊，求出交叉點，將該交叉點確定為損傷發(fā)生位鉻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用聲發(fā)射定位損傷位鉻的方法，其特征在于，在所述步驟5中無法求出交叉點時，包括損傷預測區(qū)域擴張的步驟6，步驟6中在步驟3的彈性能值上給出誤差范圍，作為新的能量值后，再次回到步驟4。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用聲發(fā)射定位損傷位鉻的方法，其特征在于，所述步驟I的彈性波，改變大小來施加并分別被數(shù)據(jù)庫化，所述步驟6的損傷預測區(qū)域擴張也同樣按照彈性波大小的各數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，最終的損傷發(fā)生位鉻由具有最小誤差范圍的數(shù)據(jù)庫來確定。
9.一種利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位鉻的裝鉻，其特征在于，所述定位裝鉻包括: AE傳感器(200)，其檢測聲發(fā)射信號； 放大單元(300)，其將檢測出的AE信號放大到能夠分析的大??； 信號處理器(400)，其處理放大的AE信號； 發(fā)送模塊(500)，其以有線或無線發(fā)送被信號處理的AE信號； 接收模塊(700 )，其接收來自發(fā)送模塊(500 )的AE信號，并傳送到信號分析單元(800 );及 信號分析單元(800)，其接收來自接收模塊(700)的AE信號，定位出損傷位鉻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位鉻的裝鉻，其特征在于，所述發(fā)送模塊(500 )包括發(fā)送天線(510 )，用于以無線發(fā)送AE信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位鉻的裝鉻，其特征在于，所述接收模塊(700)包括接收天線(710)，用于以無線接收AE信號。
12.一種利用聲發(fā)射以非破壞式定位損傷位鉻的方法，其特征在于，包括: 步驟1，在作為定位對象的部分內(nèi)附著至少兩個以上的AE傳感器(200)； 步驟2，在作為定位對象的結(jié)構(gòu)物上生成試驗位鉻(910)； 步驟3，在每個試驗位鉻(910)上施加彈性波； 步驟4，用每個AE傳感器(200)測定AE信號； 步驟5，對所測定的AE信號進 行時間或頻率變換后，變換成能量值；及 步驟6，將所變換的能量值作為對于試驗位鉻(910)的信息參數(shù)進行數(shù)據(jù)庫化； 步驟7，在應用于實際環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物上附著多個AE傳感器(200)，并監(jiān)測聲發(fā)射； 步驟8，在AE信號輸入時，將該信號變換成能量值； 步驟9，調(diào)用所述步驟6的數(shù)據(jù)庫，提取到所述步驟8的彈性能所對應的每個AE傳感器(200)的損傷位鉻預測區(qū)域； 步驟10，將損傷位鉻預測區(qū)域進行重疊，求出交叉點，將該交叉點確定為損傷發(fā)生位鉻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風力葉片損傷位置定位(source location)方法，其用于追蹤風力發(fā)電機葉片的損傷位置，更詳細地，涉及一種風力葉片的損傷位置定位方法及其裝置，所述定位方法利用基于彈性波的能量值制作的等值線圖檢測缺陷，從而，即使在大型復合材料結(jié)構(gòu)物上也能夠準確地定位損傷位置。本發(fā)明所提供的風力葉片的損傷位置定位方法存在以下優(yōu)點，即，與現(xiàn)有技術(shù)不同，即使在使用兩種以上材料的大型復合材料結(jié)構(gòu)物上，也能夠準確地定位損傷位置，在AE傳感器的個數(shù)上也比現(xiàn)有技術(shù)使用得少。
文檔編號G01N29/04GK103221814SQ201180039726
公開日2013年7月24日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者尹東珍, 韓秉熙, 金榮周 申請人:韓國標準科學研究院