Multi-Frequenz-MEMS-Sensor zur Lokalisierung von Punktquellen in dispersiven Medien unter Verwendung von modalem akustischen Emission und Wavelet-Transformation

Die konventionelle Methode zur eindimensionalen Lokalisierung von akustischen Emissionen (AE) basiert auf zwei Sensoren, um die Laufzeit (TOF) zu berechnen und anschließend den Standort der Quelle anhand der Wellengeschwindigkeit zu bestimmen. Diese Methode stößt jedoch auf Ungenauigkeiten, wenn sie auf dispersive Medien angewendet wird. Um diese Herausforderung anzugehen, schlagen wir eine neuartige Methode zur Lokalisierung von Quellen mit einem einzelnen Sensor vor. Diese Methode nutzt multi-frequente Mikroelektromechanische Systeme (MEMS), die mit sechzehn Resonatoren ausgestattet sind, die jeweils auf eine spezifische Frequenz im Bereich von 100 kHz bis 700 kHz abgestimmt sind. Durch den Einsatz der Wavelet-Transformationstechnik können wir die Ankunftszeiten dieser sechzehn einzigartigen Frequenzen bestimmen. Durch die Einbeziehung dieser Ankunftszeiten mit der Dispersionskurve, die aus numerischen Simulationen gewonnen wurde, wird es möglich, den Standort der akustischen Emissionsquelle mit nur einem AE-Sensor zu bestimmen. Erste experimentelle Validierungen, die an einer Stahlplatte durchgeführt wurden, demonstrierten die Gültigkeit der Methode und erreichten eine Genauigkeit von etwa 90 % bei der Quellenlokalisierung. Diese Technik vereinfacht nicht nur den Prozess, indem sie die Notwendigkeit mehrerer Sensoren beseitigt, sondern liefert auch zuverlässige Ergebnisse zur Quellenlokalisierung in dispersiven Medien.