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1、声发射检测声发射检测 Acoustic Emission Testing 简称简称 AE1 声发射检测的原理声发射检测的原理材料或结构受外力和内力作用产生变形或断裂，以弹性材料或结构受外力和内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象称为声发射。波形式释放出应变能的现象称为声发射。发射弹性波的位发射弹性波的位置（缺陷）称为声发射源。置（缺陷）称为声发射源。声发射是一种常见的物理现象，声发射是一种常见的物理现象，如果释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。如果释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数金属材料塑性变形和断裂时有声发射发生，但许多大多数金属材料塑性变形和断
2、裂时有声发射发生，但许多金属材料的声及射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需金属材料的声及射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器检测、记录、用仪器检测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术，所采用的仪器成为声发射仪。为声发射技术，所采用的仪器成为声发射仪。各种材料的声发射的频率很宽，从次声波，到超声波。各种材料的声发射的频率很宽，从次声波，到超声波。声发射传感器检测的信号通常为中心频率为声发射传感器检测的信号通常为中心频率为300KHz的超的超
3、声波信号。声波信号。人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。如果裂纹人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。如果裂纹等缺陷处于静止状态，没有变化和扩展，就没有声发射发等缺陷处于静止状态，没有变化和扩展，就没有声发射发生，也就不能实现声发射检测。声发射检测的这一特点使生，也就不能实现声发射检测。声发射检测的这一特点使其区别于超声、其区别于超声、X射线、涡流等其它常规无损检测方法。射线、涡流等其它常规无损检测方法。由于声发射检测是一种由于声发射检测是一种动态动态无损检测方法，而且，声发无损检测方法，而且，声发射信号来自缺陷本身，因此，用声发射法可以判断缺陷的射信号来自缺陷本身，因此，用声发射法可以
4、判断缺陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷，当它所处的位严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷，当它所处的位置和所受的应力状态不同时，对结构的损伤程度也不同，置和所受的应力状态不同时，对结构的损伤程度也不同，所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺陷的声发射所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺陷的声发射信号，就可以信号，就可以长期连续地监视缺陷的安全性长期连续地监视缺陷的安全性，这是其它无，这是其它无损检测方法难以实现的。损检测方法难以实现的。除极少材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有除极少材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有声发射发生，所以，声发射检测几乎不受材料的限制。声发射
5、发生，所以，声发射检测几乎不受材料的限制。利用多通道声发射装置，可以对缺陷进行准确的定位。利用多通道声发射装置，可以对缺陷进行准确的定位。声发射检测的这一特点对大型结构如球罐等检测特别方声发射检测的这一特点对大型结构如球罐等检测特别方便。便。在利用声发射技术确定缺陷部位后，还可以利用其它在利用声发射技术确定缺陷部位后，还可以利用其它无损检测方法加以验证。当然随着信号处理水平的提高，无损检测方法加以验证。当然随着信号处理水平的提高，根据信号本身的特征，也可以对缺陷的性质和严重程度根据信号本身的特征，也可以对缺陷的性质和严重程度进行识别。由于声发射技术具有许多独特的优点，近年进行识别。由于声发射技
6、术具有许多独特的优点，近年来有许多科学家和工程技术人员致力于发展和应用该项来有许多科学家和工程技术人员致力于发展和应用该项技术。技术。基本概念：基本概念：事件：事件：在右图所示的突发在右图所示的突发信号波形经包络检波后，信号波形经包络检波后，信号电平超过了设定的信号电平超过了设定的阈值电压阈值电压Vt后形成一个后形成一个矩形脉冲。矩形脉冲。一个矩形脉一个矩形脉冲就叫做一个事件。冲就叫做一个事件。这些事件脉冲数就是这些事件脉冲数就是事件计数。单位时间内事件计数。单位时间内的事件计数称为事件计的事件计数称为事件计数率，计数的累积称为数率，计数的累积称为事件总数。事件总数。如图，设置一个阈值如图，设
7、置一个阈值电压电压Vt，当振铃波形当振铃波形超过这个阈值电压时，超过这个阈值电压时，超过的部分就形成矩超过的部分就形成矩形脉冲，对这些矩形形脉冲，对这些矩形脉冲计数就是振铃计脉冲计数就是振铃计数，单位时间的振铃数，单位时间的振铃计数称为声发射率，计数称为声发射率，累加起来称为振铃累加起来称为振铃总数。总数。2 声发射检测技术与仪器声发射检测技术与仪器声发射源定性问题涉及到声发射源定性问题涉及到AE源信号，包括源信号，包括AE特征量和特征量和AE波形的获取，波形的获取，AE波形含有大量的声发射信息，如利用波形含有大量的声发射信息，如利用当今先进的计算机、信号处理技术对当今先进的计算机、信号处理技
8、术对AE波形进行分析处波形进行分析处理，就给较准确的分析理，就给较准确的分析AE源性质提高了可能。传统的声源性质提高了可能。传统的声发射技术对声源特征和识别没有采用合适的手段去充分研发射技术对声源特征和识别没有采用合适的手段去充分研究，也就无法实现对缺陷的定性分析。定量的方法也只是究，也就无法实现对缺陷的定性分析。定量的方法也只是对提取的少量参数进行统计分析。因此，为了更加准确的对提取的少量参数进行统计分析。因此，为了更加准确的对检测对象进行定位、定量、定性分析，更加准确的对检对检测对象进行定位、定量、定性分析，更加准确的对检测对象进行无损评价，具有大吞吐量获取测对象进行无损评价，具有大吞吐量
9、获取AE波形数据、波形数据、灵活布置传感器进行源定位的多通道全波形声发射准实时灵活布置传感器进行源定位的多通道全波形声发射准实时检测系统应运而生。检测系统应运而生。数字信号处理（数字信号处理（DSP）和计算机技术的迅速发展导致和计算机技术的迅速发展导致全数字式声发射仪的问世，这给瞬态波形分析的研究全数字式声发射仪的问世，这给瞬态波形分析的研究创造了条件并使其实际应用成为可能。通过对声发射创造了条件并使其实际应用成为可能。通过对声发射信号的全部采集，这样就不会丢失有用的信息，而且信号的全部采集，这样就不会丢失有用的信息，而且从整个波形信号的细节可以运用现代信号分析手段进从整个波形信号的细节可以运
10、用现代信号分析手段进行处理，达到对缺陷定量、定性、定位的目的。行处理，达到对缺陷定量、定性、定位的目的。波形分析是指通过分析波形分析是指通过分析AE信号的时域波形或频谱特信号的时域波形或频谱特征来获取信息的一种信号处理方法。理论上讲，波形征来获取信息的一种信号处理方法。理论上讲，波形分析应当能给出任何所需的信息，因而也是最精确的分析应当能给出任何所需的信息，因而也是最精确的方法，并可导致对方法，并可导致对AE的定量了解。从所记录的的定量了解。从所记录的AE波形，波形，人们可以很容易地获得信号的频谱和相关函数等特性，人们可以很容易地获得信号的频谱和相关函数等特性，并可同时得到任何感兴趣的参数。可
11、以肯定，对设备并可同时得到任何感兴趣的参数。可以肯定，对设备材料的检验，波形分析技术可能会对识别声发射源及材料的检验，波形分析技术可能会对识别声发射源及提高源定位精度有较大作用。提高源定位精度有较大作用。随着数字技术和计算机技术的迅速发展，研制高性能随着数字技术和计算机技术的迅速发展，研制高性能全波采集的声发射仪成为可能。其原理是，声发射信号经全波采集的声发射仪成为可能。其原理是，声发射信号经高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软件设
12、计，对检测缺陷进行定位和定量。件设计，对检测缺陷进行定位和定量。2.1 传感器（换能器、探头）传感器（换能器、探头）传感器就是用来把声发射产生的弹性波信号接收下来并传感器就是用来把声发射产生的弹性波信号接收下来并转换成电信号输出到前置放大器在输出到主放大器转换成电信号输出到前置放大器在输出到主放大器然后又采集卡采集后进入计算机。然后又采集卡采集后进入计算机。声发射检测中，要求传感器为宽频带的前置放大器内置声发射检测中，要求传感器为宽频带的前置放大器内置式的共振型高灵敏传感器，主响应频率为式的共振型高灵敏传感器，主响应频率为150KHz；前置前置放大器增益为放大器增益为40dB，滤波器带通为滤波
13、器带通为100300KHz。2.2 前置放大器前置放大器 声发射信号经换能器转换成电信号后，其输出低至十几声发射信号经换能器转换成电信号后，其输出低至十几微伏。这样微弱的信号若经过长电缆输送，可能衰减到无微伏。这样微弱的信号若经过长电缆输送，可能衰减到无法分辨出信号和噪声。设置前置放大器的目的是为了增大法分辨出信号和噪声。设置前置放大器的目的是为了增大信噪比，增加微弱信号的抗干扰能力。信噪比，增加微弱信号的抗干扰能力。2.3 主放大器主放大器 电信号经前置放大器和电缆长途传播后进入主放大器进电信号经前置放大器和电缆长途传播后进入主放大器进一步放大到适合一步放大到适合PCI数据采集卡的幅值大小。
14、数据采集卡的幅值大小。2.4 PCI数据采集卡数据采集卡 电信号（模拟信号）经采集卡数字化后，通过采样进入电信号（模拟信号）经采集卡数字化后，通过采样进入计算机，供分析，计算，转换和存储。计算机，供分析，计算，转换和存储。2.5 软件系统软件系统 对采集的数据进行分析，计算，波型重组，声发射源定对采集的数据进行分析，计算，波型重组，声发射源定位，缺陷识别等。位，缺陷识别等。3 声发射仪的应用声发射仪的应用现代声发射仪除了能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。目前人们已将声发射技术应用于许多领域，主要包括以下方面：（1）金属结构：）金属结构
15、：对压力容器、金属桥梁、起重机臂、铁轨和飞机骨架等金属结构进行无损检测和安全评定；（2）岩石：）岩石：研究岩石的受力和破坏特性，对岩石塌方进行预测预报；（3）水泥混凝土：）水泥混凝土：研究水泥及钢筋混凝土的受力和破坏特性，评价桥梁和建筑物等大型混凝土构件的承载能力和寿命；（4）金属材料：）金属材料：研究金属材料的塑性变形、断裂和相变机制；（5）复合材料：）复合材料：研究和测量复合材料内基体和纤维的断研究和测量复合材料内基体和纤维的断 裂、脱开、分层和整体失效等；裂、脱开、分层和整体失效等；（6）磁性材料：）磁性材料：通过测量磁声发射的信号，研究磁性材通过测量磁声发射的信号，研究磁性材 料的某些
16、特性；料的某些特性；（7）陶瓷材料：）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性，对陶研究陶瓷材料的受力和破坏特性，对陶 瓷材料进行无损评估；瓷材料进行无损评估；（8）核工业领域：）核工业领域：对核容器和管道的泄漏进行监测，对对核容器和管道的泄漏进行监测，对 核压力容器进行无损检测和安全评定；核压力容器进行无损检测和安全评定；（9）焊接过程控制：）焊接过程控制：通过实时监测焊接过程中金属冷却通过实时监测焊接过程中金属冷却 产生的声发射信号来控制焊接质量；产生的声发射信号来控制焊接质量；（10）机械加工：）机械加工：通过探测机械加工过程中产生的声发射通过探测机械加工过程中产生的声发射 信号，监测刀具
17、的磨损情况；信号，监测刀具的磨损情况；（11）机械诊断：）机械诊断：通过监测机器在运转过程中产生的声发通过监测机器在运转过程中产生的声发 射信号射信号 ，诊断机器轴承的磨损情况。，诊断机器轴承的磨损情况。12）医学领域：）医学领域：研究骨头的摩擦研究骨头的摩擦|受力和破坏特性，无损受力和破坏特性，无损 检测和评价骨关节的状况。检测和评价骨关节的状况。1.4 压力容器的声发射检测（压力容器的声发射检测（球罐、尿素合成塔、球罐、尿素合成塔、2.长管拖车）长管拖车）a 准备工作准备工作 b 布置换能器和校准声发射仪器布置换能器和校准声发射仪器 c 升压并进行声发射检测升压并进行声发射检测 d 检测结
18、果的分析与评价检测结果的分析与评价1.5 储油罐的泄漏检测（地下加油站）储油罐的泄漏检测（地下加油站）广州声华检测工程技术公司广州声华检测工程技术公司5 声发射检测特点声发射检测特点 a 能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，从而为使用安全性评价提供依据；从而为使用安全性评价提供依据；b 可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况；可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况；c 无法探测静态缺陷；无法探测静态缺陷；d 设备价格昂贵；设备价格昂贵；e 检测过程中干扰因素较多；检测过程中干扰因素较多；f 声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法（UT）复验。复验。谢谢大家！谢谢大家！祝大家取得好成绩！祝大家取得好成绩！