三維聲發射源定位實驗簡易實現方法

崔志文，尹莘新

(1. 吉林大學 物理學院，吉林 長春 130012；2. 重慶大學 航空航天學院，重慶 400044)

通過記錄各種傳感器接收的聲波信號并對其進行適當分析，從而定位聲源的過程通常被稱為聲源定位技術[1].聲源定位實驗是一個既有明確應用背景又有前沿技術特點的基礎教學綜合性實驗[2].利用波的傳播特性確定未知對象的空間位置，這種思想在無損檢測(NDT)、全球定位系統(GPS)和地震研究等方面都有重要應用[1-3].

目前大學物理中的聲源定位教學實驗局限于二維板類結構[4，5]，三維結構的聲發射源定位問題由于參數更多，往往需要借助大量的超聲波傳感器，配合多通道信號采集系統[6]，定位方法上需要求解復雜的非線性方程組，定位效果受速度測量和材料各向異性影響較大[7]，很難在教學上實現普及.對此本文基于時差法[3，8]提出一種可以快速實現三維聲發射源定位實驗的簡易方法.本方法在減少硬件成本的同時簡化定位過程，無需求解復雜非線性方程組，且不受材料的各向異性限制，達到快速定位三維結構中的聲發射源的目的.通過本實驗方案可以直觀地向學生展現三維聲源定位過程，加深學生對聲發射技術及聲源定位技術中物理問題的深入理解，提高學生對基于物理學聲學原理的無損檢測技術的興趣，達到良好的實驗教學目的.

1 實驗原理

圖1 聲源與4個傳感器位置示意圖

在三維笛卡爾坐標系中，如圖1放置4個超聲波傳感器，以傳感……