聲發(fā)射檢測(cè)ppt.ppt

聲發(fā)射檢測(cè),一、聲發(fā)射檢測(cè)原理二、聲發(fā)射的特點(diǎn)三、聲發(fā)射技術(shù)及其所涉及的儀器四、聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用五、壓力管道泄露的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究,聲發(fā)射檢測(cè)AcousticEmissionTesting簡(jiǎn)稱AE一、聲發(fā)射檢測(cè)的原理材料或結(jié)構(gòu)受外力和內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。發(fā)射彈性波的位置（缺陷）稱為聲發(fā)射源。聲發(fā)射是一種常見的物理現(xiàn)象，如果釋放的應(yīng)變能足夠大，就可產(chǎn)生人耳聽得見的聲音。大多數(shù)金屬材料塑性變形和斷裂時(shí)有聲發(fā)射發(fā)生，但許多金屬材料的聲及射信號(hào)強(qiáng)度很弱，人耳不能直接聽見，需要藉助靈敏的電子儀器才能檢測(cè)出來(lái)。,用儀器檢測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)，所采用的儀器成為聲發(fā)射儀。各種材料的聲發(fā)射的頻率很寬，從次聲波，到超聲波。聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的信號(hào)通常為中心頻率為300KHz的超聲波信號(hào)。,人們將聲發(fā)射儀器形象地稱為材料的聽診器。如果裂紋等缺陷處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有變化和擴(kuò)展，就沒有聲發(fā)射發(fā)生，也就不能實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射檢測(cè)。聲發(fā)射檢測(cè)的這一特點(diǎn)使其區(qū)別于超聲、X射線、渦流等其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法。由于聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法，而且，聲發(fā)射信號(hào)來(lái)自缺陷本身，因此，用聲發(fā)射法可以判斷缺陷的嚴(yán)重性。一個(gè)同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷，當(dāng)它所處的位置和所受的應(yīng)力狀態(tài)不同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度也不同，所以它的聲發(fā)射特征也有差別。明確了來(lái)自缺陷的聲發(fā)射信號(hào)，就可以長(zhǎng)期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性，這是其它無(wú)損檢測(cè)方法難以實(shí)現(xiàn)的。,除極少材料外，金屬和非金屬材料在一定條件下都有聲發(fā)射發(fā)生，所以，聲發(fā)射檢測(cè)幾乎不受材料的限制。利用多通道聲發(fā)射裝置，可以對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。聲發(fā)射檢測(cè)的這一特點(diǎn)對(duì)大型結(jié)構(gòu)如球罐等檢測(cè)特別方便。在利用聲發(fā)射技術(shù)確定缺陷部位后，還可以利用其它無(wú)損檢測(cè)方法加以驗(yàn)證。當(dāng)然隨著信號(hào)處理水平的提高，根據(jù)信號(hào)本身的特征，也可以對(duì)缺陷的性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行識(shí)別。由于聲發(fā)射技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)有許多科學(xué)家和工程技術(shù)人員致力于發(fā)展和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。,二、聲發(fā)射的特點(diǎn),a能夠檢測(cè)出活動(dòng)的缺陷，即材料的斷裂和裂紋的擴(kuò)展，從而為使用安全性評(píng)價(jià)提供依據(jù)；b可遠(yuǎn)距離操作，長(zhǎng)期監(jiān)控設(shè)備允許狀態(tài)和缺陷擴(kuò)展情況；c無(wú)法探測(cè)靜態(tài)缺陷；d設(shè)備價(jià)格昂貴；f聲發(fā)射檢測(cè)完成后，一般需要常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法（UT）復(fù)驗(yàn)。e檢測(cè)過程中干擾因素較多；很多情況伴隨有各種干擾噪聲信號(hào)，如機(jī)械摩擦及異物撞擊等。從噪聲中提取或識(shí)別感興趣的信號(hào)是聲發(fā)射的核心。,三、聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)與儀器（1）聲發(fā)射技術(shù)聲發(fā)射源定性問題涉及到AE源信號(hào)，包括AE特征量和AE波形的獲取，AE波形含有大量的聲發(fā)射信息，如利用當(dāng)今先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理技術(shù)對(duì)AE波形進(jìn)行分析處理，就給較準(zhǔn)確的分析AE源性質(zhì)提高了可能。傳統(tǒng)的聲發(fā)射技術(shù)對(duì)聲源特征和識(shí)別沒有采用合適的手段去充分研究，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定性分析。定量的方法也只是對(duì)提取的少量參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,因此，為了更加準(zhǔn)確的對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行定位、定量、定性分析，更加準(zhǔn)確的對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行無(wú)損評(píng)價(jià)，具有大吞吐量獲取AE波形數(shù)據(jù)、靈活布置傳感器進(jìn)行源位的多通道全波形聲發(fā)射準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展導(dǎo)致全數(shù)字式聲發(fā)射儀的問世，這給瞬態(tài)波形分析的研究創(chuàng)造了條件并使其實(shí)際應(yīng)用成為可能。通過對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的全部采集，這樣就不會(huì)丟失有用的信息，而且從整個(gè)波形信號(hào)的細(xì)節(jié)可以運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)分析手段進(jìn)行處理，達(dá)到對(duì)缺陷定量、定性、定位的目的。,波形分析是指通過分析AE信號(hào)的時(shí)域波形或頻譜特征來(lái)獲取信息的一種信號(hào)處理方法。理論上講，波形分析應(yīng)當(dāng)能給出任何所需的信息，因而也是最精確的方法，并可導(dǎo)致對(duì)AE的定量了解。從所記錄的AE波形，人們可以很容易地獲得信號(hào)的頻譜和相關(guān)函數(shù)等特性，并可同時(shí)得到任何感興趣的參數(shù)?？梢钥隙ǎ瑢?duì)設(shè)備材料的檢驗(yàn)，波形分析技術(shù)可能會(huì)對(duì)識(shí)別聲發(fā)射源及提高源定位精度有較大作用。,隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，研制高性能全波采集的聲發(fā)射儀成為可能。其原理是，聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)高靈敏度傳感器接收后，經(jīng)過全波列數(shù)字采集變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，最后把信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)通過軟件設(shè)計(jì)，對(duì)檢測(cè)缺陷進(jìn)行定位和定量。,（2）聲發(fā)射所涉及的設(shè)備1傳感器（換能器、探頭）傳感器就是用來(lái)把聲發(fā)射產(chǎn)生的彈性波信號(hào)接收下來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到前置放大器在輸出到主放大器然后又采集卡采集后進(jìn)入計(jì)算機(jī)。聲發(fā)射檢測(cè)中，要求傳感器為寬頻帶的前置放大器內(nèi)置式的共振型高靈敏傳感器，主響應(yīng)頻率為150KHz；前置放大器增益為40dB，濾波器帶通為100300KHz。,2前置放大器聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，其輸出低至十幾微伏。這樣微弱的信號(hào)若經(jīng)過長(zhǎng)電纜輸送，可能衰減到無(wú)法分辨出信號(hào)和噪聲。設(shè)置前置放大器的目的是為了增大信噪比，增加微弱信號(hào)的抗干擾能力。,2019/11/24,14,可編輯,3主放大器電信號(hào)經(jīng)前置放大器和電纜長(zhǎng)途傳播后進(jìn)入主放大器進(jìn)一步放大到適合PCI數(shù)據(jù)采集卡的幅值大小。4PCI數(shù)據(jù)采集卡電信號(hào)（模擬信號(hào)）經(jīng)采集卡數(shù)字化后，通過采樣進(jìn)入計(jì)算機(jī)，供分析，計(jì)算，轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。5軟件系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算，波型重組，聲發(fā)射源定位，缺陷識(shí)別等。,四、聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代聲發(fā)射儀除了能進(jìn)行聲發(fā)射參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量和聲發(fā)射源定位外，還可直接進(jìn)行聲發(fā)射波形的觀察、顯示、記錄和頻譜分析。目前人們已將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，主要包括以下方面：（1）金屬結(jié)構(gòu)：對(duì)壓力容器、金屬橋梁、起重機(jī)臂、鐵軌和飛機(jī)骨架等金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和安全評(píng)定（2）巖石：研究巖石的受力和破壞特性，對(duì)巖石塌方進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；,（3）水泥混凝土：研究水泥及鋼筋混凝土的受力和破壞特性，評(píng)價(jià)橋梁和建筑物等大型混凝土構(gòu)件的承載能力和壽命；（4）金屬材料：研究金屬材料的塑性變形、斷裂和相變機(jī)制；（5）復(fù)合材料：研究和測(cè)量復(fù)合材料內(nèi)基體和纖維的斷裂、脫開、分層和整體失效等；（6）磁性材料：通過測(cè)量磁聲發(fā)射的信號(hào)，研究磁性材料的某些特性；（7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破壞特性，對(duì)陶瓷材料進(jìn)行無(wú)損評(píng)估；,（8）核工業(yè)領(lǐng)域：對(duì)核容器和管道的泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)核壓力容器進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和安全評(píng)定；（9）焊接過程控制：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過程中金屬冷卻產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)控制焊接質(zhì)量；（10）機(jī)械加工：通過探測(cè)機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，監(jiān)測(cè)刀具的磨損情況；（11）機(jī)械診斷：通過監(jiān)測(cè)機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)，診斷機(jī)器軸承的磨損情況。（12）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：研究骨頭的摩擦|受力和破壞特性，無(wú)損檢測(cè)和評(píng)價(jià)骨關(guān)節(jié)的狀況。,五、壓力管道泄露的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究,管道作為現(xiàn)行五大運(yùn)輸工具之一，在運(yùn)送液體、氣體、漿液等方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)，然而管道經(jīng)長(zhǎng)期使用，常常發(fā)生泄漏事故，以自來(lái)水管道為例，據(jù)統(tǒng)汁世界各大城市自來(lái)水的損失率在20左右。使用常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法（如超聲、漏磁檢測(cè)爬機(jī)等）對(duì)管道泄漏檢測(cè)有著眾多的優(yōu)勢(shì)，但都存在一個(gè)嚴(yán)重的不足：檢測(cè)過程為逐點(diǎn)掃描，因此不可能有效地用于成千上萬(wàn)km的管道檢測(cè)而聲發(fā)射作為一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)力法，對(duì)于壓力管道的泄漏檢測(cè)具有潛在的特殊效果，因此對(duì)于壓力管道泄漏的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究具有重要的意義。,1、壓力管道泄露聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),嚴(yán)格地講，壓力管道或容器等泄漏所激發(fā)的應(yīng)力波并不是聲發(fā)射現(xiàn)象，因?yàn)樵谛孤┻^程中，管壁只是波導(dǎo)，本身不釋放能量，但由于泄漏點(diǎn)液體泄漏同樣也會(huì)在管道中激發(fā)出應(yīng)力波，通過該應(yīng)力波可以描述材料結(jié)構(gòu)上的某種狀況，所以從這個(gè)意義上講，也可以認(rèn)為是一種聲發(fā)射現(xiàn)象。,壓力管道泄漏所激發(fā)的聲發(fā)射現(xiàn)象是個(gè)非常復(fù)雜的問題，涉及到諸多因素，如：泄漏孔徑大小、形狀及液體壓力、湍流、固液耦合等因此，要建證一套完備的數(shù)學(xué)物理模型來(lái)描述問題的各個(gè)方面幾乎不可能。根據(jù)實(shí)際問題特點(diǎn)，建立壓力管道泄漏聲發(fā)射檢測(cè)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D所示壓力管道泄漏的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括：壓力管道泄漏實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、PCI-DSP聲發(fā)射數(shù)字采集板(PAC)、聲發(fā)射傳感器(PACRl5)、前置放大器(PAC1220A)、濾波器等,2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,通過壓力管道泄漏的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，能夠定性判斷是否有泄漏的發(fā)生以及泄漏信號(hào)隨壓力、泄漏孔徑大小，傳感器取向、距離變化的關(guān)系。（1）通過對(duì)聲發(fā)射傳感器接收到信號(hào)的頻譜分析可以判斷是否有泄漏發(fā)生圖3(a)、3(b)分別為有、無(wú)泄漏隋況下，聲發(fā)射傳感器接收到的波形和頻譜從頻譜圖可以明顯推斷是否有泄漏的發(fā)生以及泄漏聲發(fā)射信號(hào)的頻帶范圍,（2）在保持其他條件小變時(shí)，隨著壓力的增加，聲發(fā)射傳感器檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度線性增加，但在0.2MPa附近有轉(zhuǎn)折，壓力超過0.2MPa后，隨壓力增加，聲發(fā)射信號(hào)增加幅度減小，但仍是線性變化圖4為在保持傳感器的取向不變，傳感器距離漏孔15cm、漏孔直徑l5mm條件下，聲發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度隨壓力變化的關(guān)系重復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，這種結(jié)果存在普遍性，即對(duì)其他泄漏孔徑、距離及傳感器取向不變條件下，同樣適用該現(xiàn)象可能與液體流動(dòng)特性及固液耦合