本发明涉及混凝土声发射检测，特别是涉及一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统及传感器选择方法。
背景技术：
1、声发射源(缺陷及损伤)在外力诱导下会发出一种应力脉冲波即声发射信号，是一种在声发射源所在材料中传播的机械振动。所谓声发射检测就是检测接收上述声发射信号并进行分析得到声发射源的信息，声发射技术(acoustic emission，ae)是一种动态、整体的无损检测技术，可以对结构的整体安全性进行评估及预警，声发射技术已经应用于在大坝、水闸、泵站、堤防、桥梁、涵洞等水工建筑物的混凝土结构的检测/监测中。
2、由于声发射信号的频率谱所包括的频率范围可以几hz到几十mhz，因此，在进行某具体结构的声发射检测时，首先应该知道所要检测的缺陷在外力作用下产生的声发射信号的大致频率范围，然后再从这个大的范围内选择一个最适合的频率窗口，以便滤去噪声的干扰和得到真实的原始声发射信号。而针对混凝土结构，其为一种各向异性、非均值的混合材料，天然存在大量的微观孔隙、裂缝结构，声波传播特性比各向同性的金属结构中要复杂得多，混凝土损伤发出的声发射信号特性与混凝土类型(强度、粗骨料粒径、配合比、含沙量等)、损伤类型、体型结构等密切相关。
3、ae信号处理技术面临的重要难题是ae源的多样性、信号本身的突发性和不确定性。甚至可以说，我们有时几乎不知道真正的ae信号究竟是什么样子。传感器接收到的声信号与传输路径密切相关，这种传输途径又是同ae源位置、被检测对象性质(材料材质、材料形状和几何尺寸)、声耦合剂特征、接收传感器位置等诸多因素有关。传感器输出信号还与传感器类型密集相关，传感器输出信号与声发射源信号关系可以用图1进行说明。
4、ae传感器所获得的信号至少是声源、传输介质、耦合介质和传感器响应等因素的综合结果，用数学公式可表示为：
5、f(t)＝s(t)*m(t)*c(t)*r(t) (1)
6、式中，s(t)、m(t)、c(t)和r(t)分别是声源、传输介质、耦合介质和传感器的脉冲响应函数，符号*表示卷积。在频率域，上式可表示为：
7、f(ω)＝s(ω)·m(ω)*c(ω)*r(ω) (2)
8、式中，s(ω)、m(ω)、c(ω)、和r(ω)是上述函数相应的频率响应函数。m(t)的复杂性，c(t)的不确定性，传感器响应r(t)的差异，使得传感器输出信号f(t)与s(t)差异较大。针对理想的相同耦合状态c(t)较确定，针对同一声源信号，传感器响应r(t)直接影响输出信号f(t)。
9、声发射传感器应真实地检测出声发射源的所有信息，也就是说，传感器将检测到的机械振动信号转换为电信号时，应尽量地减少畸变。为了真实、准确、客观的表征混凝土中的声发射信号，需要对混凝土结构中声发射信号频率特性进行测试并选择合适工作频率的声发射传感器。声发射传感器的选择不合理，会使接受到的信号和希望接受到的声发射信号有较大差别，且接收到的声发射信号与实际声发射信号间的差异直接影响采集到的数据真实度和数据处理结果。但如何快速选择合适的声发射传感器对混凝土结构进行检测目前还没有明确的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统及传感器选择方法，系统结构简单，并且基于系统结构可以快速的选择出所需要的传感器以准确的采集混凝土结构中真实的损伤信号。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本技术提供一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，所述系统包括：声发射模拟源、设于混凝土梁第一表面上的n个声发射传感器和声发射信号采集单元；
4、所述声发射模拟源，用于在所述混凝土梁第一表面上和第二表面上的不同位置处产生模拟声发射信号；
5、n个所述声发射传感器，均与所述声发射信号采集单元连接，用于采集在所述混凝土的不同位置处产生的所述模拟声发射信号，并将所述模拟声发射信号传输给所述声发射信号采集单元；
6、所述声发射信号采集单元，用于根据n个所述声发射传感器的所述模拟声发射信号确定合适工作频率的声发射传感器；所述合适工作频率的声发射传感器用于采集混凝土中真实的损伤信号。
7、可选的，n个所述声发射传感器处于所述混凝土梁第一表面上的预设范围内；所述预设范围内的区域面积小于第一预设值；相邻两个所述声发射传感器之间的间隔距离小于第二预设值。
8、可选的，所述混凝土梁第一表面上的不同信号产生位置点与所述预设范围的距离依次增大；所述混凝土梁第二表面上的不同信号产生位置点与所述预设范围的距离依次增大。
9、可选的，每一所述声发射传感器与所述声发射信号采集单元连接之间还连接有前置放大器。
10、可选的，n个所述声发射传感器包括至少1个宽频传感器和n-1个不同工作频率范围的谐振传感器；所述宽频传感器的工作频率范围大于20～250khz频带范围。
11、可选的，n-1个所述谐振传感器的工作频率范围依次为：f1～f1+δf、f1+δf～f1+2δf、f1+2δf～f1+3δf、...、f1+(n-2)δf～f2；其中，f1～f2构成宽频传感器的工作频率范围；δf＝δ/(n-1)＝(f2-f1)/(n-1)；δ＝f2-f1。
12、可选的，所述声发射模拟源为断铅模拟源。
13、本技术提供一种基于混凝土结构声发射信号频率特性测试系统的传感器选择方法，所述方法包括：
14、获取n个声发射传感器接收的每一位置处产生模拟声发射信号；所述模拟声发射信号是声发射模拟源按预设的顺序依次在信号产生位置处产生的；n个所述声发射传感器包括至少1个宽频传感器和n-1个不同工作频率范围的谐振传感器；所述宽频传感器的工作频率范围大于20～250khz频带范围；
15、分析每一所述声发射传感器接收到的各位置处的模拟声发射信号波形；
16、提取每一所述模拟声发射信号波形的振铃计数和持续时间，得到每一所述模拟声发射信号的平均频率值；
17、对每一所述声发射传感器，绘制二维散点图；所述二维散点图的横坐标为信号产生位置与所述声发射传感器的距离，纵坐标为对应的平均频率值；
18、根据每一所述声发射传感器的所述二维散点图绘制每一所述声发射传感器所接收声发射信号的平均频率直方图；根据所述平均频率直方图绘制每一所述声发射传感器所接收声发射信号的平均频率的核密度曲线；所述平均频率直方图的横坐标为平均频率值，纵坐标为计数；所述核密度曲线的横坐标为平均频率值，纵坐标为密度；
19、确定所述宽频传感器的核密度曲线中曲线峰值的1/2处对应的两个截止平均频率值；
20、根据两个截止平均频率值构成的频率范围以及所述核密度曲线的分布趋势从n-1个所述谐振传感器中选择合适工作频率的声发射传感器；所述合适工作频率的声发射传感器用于采集混凝土中真实的损伤信号。
21、可选的，根据两个截止平均频率值构成的频率范围以及所述核密度曲线的分布趋势从n-1个所述谐振传感器中选择合适工作频率的声发射传感器，具体包括：
22、从n-1个所述谐振传感器中选择工作频率范围与两个截止平均频率值构成的频率范围差异小于预设差异值，且核密度曲线与所述宽频传感器的核密度曲线分布趋势相似度大于预设相似度值的所述谐振传感器为所述合适工作频率的声发射传感器。
23、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
24、本发明提供一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统及传感器选择方法，系统包括声发射模拟源、设于混凝土梁第一表面上的n个声发射传感器和声发射信号采集单元。基于设置的系统结构，可以利用声发射信号采集单元分析n个声发射传感器采集的声发射模拟源产生的模拟声发射信号以确定合适工作频率的声发射传感器，从而可以准确的采集混凝土结构中真实的损伤信号，系统结构简单，并且基于系统结构实现的传感器选择方法效率高，选择出的传感器更准确。
1.一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，所述系统包括：声发射模拟源、设于混凝土梁第一表面上的n个声发射传感器和声发射信号采集单元；
2.根据权利要求1所述的一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，n个所述声发射传感器处于所述混凝土梁第一表面上的预设范围内；所述预设范围内的区域面积小于第一预设值；相邻两个所述声发射传感器之间的间隔距离小于第二预设值。
3.根据权利要求2所述的一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，所述混凝土梁第一表面上的不同信号产生位置点与所述预设范围的距离依次增大；所述混凝土梁第二表面上的不同信号产生位置点与所述预设范围的距离依次增大。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，每一所述声发射传感器与所述声发射信号采集单元连接之间还连接有前置放大器。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，n个所述声发射传感器包括至少1个宽频传感器和n-1个不同工作频率范围的谐振传感器；所述宽频传感器的工作频率范围大于20～250khz频带范围。
6.根据权利要求5所述的一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，n-1个所述谐振传感器的工作频率范围依次为：f1～f1+δf、f1+δf～f1+2δf、f1+2δf～f1+3δf、...、f1+(n-2)δf～f2；其中，f1～f2构成宽频传感器的工作频率范围；δf＝δ/(n-1)＝(f2-f1)/(n-1)；δ＝f2-f1。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土结构声发射信号频率特性测试系统，其特征在于，所述声发射模拟源为断铅模拟源。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的混凝土结构声发射信号频率特性测试系统的传感器选择方法，其特征在于，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据两个截止平均频率值构成的频率范围以及所述核密度曲线的分布趋势从n-1个所述谐振传感器中选择合适工作频率的声发射传感器，具体包括：
