AE-Ⅱ培訓(xùn)重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)

1、聲發(fā)射檢測(cè)復(fù)習(xí)題第一章 緒論聲發(fā)射： 材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象；也稱為應(yīng)力波反射。材料在應(yīng)力作用下的變形與裂紋擴(kuò)展，是結(jié)構(gòu)失效的重要機(jī)制 直接與變形和斷裂機(jī)制有關(guān)的源被稱為 聲發(fā)射源 。聲發(fā)射源的實(shí)質(zhì) 是指聲發(fā)射的物理源點(diǎn)或發(fā)生聲發(fā)射的機(jī)制源。聲發(fā)射事件： 引起聲發(fā)射的局部材料變化。凱賽爾效應(yīng) ：材料被重新加載期間，在應(yīng)力值達(dá)到上次加載最大應(yīng)力之前不產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)。引起可以用聲發(fā)然后再被放大、 處聲發(fā)射檢測(cè)基本原理 ：從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波最終傳播到達(dá)材料的表面， 射傳感器探測(cè)的表面位移， 這些探測(cè)器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 理和記錄。聲發(fā)射檢測(cè)的主要目的 確定聲發(fā)射

2、源的部位； 分析聲發(fā)射源的性質(zhì)； 確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間或載荷；評(píng)定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性。-3 -般而言，對(duì)超標(biāo)聲發(fā)射源，要用其它無損檢測(cè)方法進(jìn)行局部復(fù)檢，以精確確定缺陷的性 質(zhì)與大小。聲發(fā)射檢測(cè)方法的特點(diǎn)： 動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法；幾乎不受材料的限制；可以長期、連續(xù)監(jiān)測(cè)； 對(duì)缺陷進(jìn)行定性分析。聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：(1) 聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)方法；(2) 聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)線性缺陷較為敏感；(3) 聲發(fā)射檢測(cè)在一次試驗(yàn)過程中能夠整體探測(cè)和評(píng)價(jià)整個(gè)結(jié)構(gòu)中缺陷的狀態(tài)；(4) 可提供缺陷隨載荷、時(shí)間、溫度等外變量而變化的實(shí)時(shí)或連續(xù)信息，因而適用于工業(yè)過 程在線監(jiān)控及早期或臨近破壞預(yù)報(bào)；(5) 適于其它方法難于或

3、不能接近環(huán)境下的檢測(cè)，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒等 環(huán)境；(6) 對(duì)于在役壓力容器的定期檢驗(yàn)，聲發(fā)射檢驗(yàn)方法可以縮短檢驗(yàn)的停產(chǎn)時(shí)間或者不需要停 產(chǎn)；(7) 對(duì)于壓力容器的耐壓試驗(yàn)，聲發(fā)射檢驗(yàn)方法可以預(yù)防由未知不連續(xù)缺陷引起系統(tǒng)的災(zāi)難 性失效和限定系統(tǒng)的最高工作壓力；(8) 適于檢測(cè)形狀復(fù)雜的構(gòu)件。 聲發(fā)射技術(shù)的缺點(diǎn) (1)對(duì)數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)槁暟l(fā)射特性對(duì)材料甚為敏感，又易受到機(jī)電噪聲的干擾。（2）聲發(fā)射檢測(cè)，一般需要適當(dāng)?shù)募虞d程序。 多數(shù)情況下，可利用現(xiàn)成的加載條件， 但有時(shí), 還需要特作準(zhǔn)備；仍需依賴于其它無損檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。（3）聲發(fā)射檢測(cè)目前

4、只能給出聲發(fā)射源的部位、活性和強(qiáng)度，不能給出聲發(fā)射源內(nèi)缺陷的性 質(zhì)和大小，第二章聲發(fā)射檢測(cè)的物理基礎(chǔ)晶體材料:固體材料中原子按一定的規(guī)則進(jìn)行排列，則這些材料被稱為晶體材料。如金屬、陶瓷、各種無機(jī)鹽和各種巖石（包括鉆石、礦石）非晶體材料：原子以無序狀態(tài)進(jìn)行排列或者原子之間互相形成長鏈的大分子而大分子以無序狀態(tài)進(jìn)行排列，則這些材料被成為非晶體材料,比如玻璃、各種有機(jī)固體材料（包括塑料、橡膠、木材）。液態(tài)急冷產(chǎn)生面心立方：（有色金屬、奧氏體） 體心立方：（碳鋼、低合金鋼、鐵素體），將產(chǎn)生的線缺陷稱之為位錯(cuò)。典型的工程應(yīng)用金屬材料在位錯(cuò)：晶體中的原子在排列時(shí)會(huì)有缺陷產(chǎn)生（點(diǎn)、線缺陷） 位錯(cuò)是晶格中原子

5、范圍大小的線缺陷 位錯(cuò)的形成：結(jié)晶中的位錯(cuò)是由熔融狀態(tài)下固化過程中形成的, 每個(gè)微觀的晶粒中就有幾百萬個(gè)位錯(cuò);位錯(cuò)的形式：刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò);晶體中的點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、點(diǎn)缺陷、雜質(zhì)原子;晶界：晶粒之間的界面稱為晶界。典型晶粒的大小為幾微米到幾百微米之間。晶間腐蝕：貧Cr現(xiàn)象應(yīng)力：材料單位面積上所受的作用力。物體內(nèi)的應(yīng)力稱為應(yīng)力場(chǎng)。應(yīng)力的單位：Kg/cm2和Mpa。與壓強(qiáng)的單位相同。應(yīng)力的種類：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。根據(jù)物體的結(jié)構(gòu)和加載方式的不同，物體內(nèi)出現(xiàn)的應(yīng)力狀態(tài)也不同，分別有拉應(yīng)力、壓應(yīng)力 和剪切應(yīng)力。實(shí)際物體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力要復(fù)雜得多，通常是這三種應(yīng)力的組合。應(yīng)變：應(yīng)力所產(chǎn)生的變形

6、稱為應(yīng)變。應(yīng)變的計(jì)算:應(yīng)變是無量綱，即無單位，應(yīng)變通過分?jǐn)?shù)或百分?jǐn)?shù)表示。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：在應(yīng)力和應(yīng)變很小的條件下，固體材料呈彈性的性質(zhì)， 應(yīng)力與應(yīng)變成正 比；當(dāng)作用應(yīng)力達(dá)到較高值的條件下，應(yīng)力與應(yīng)變不成正比關(guān)系。彈性模量：材料在彈性變形范圍里，應(yīng)力與應(yīng)變的比值。彈性變形：材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)應(yīng)力消逝后，材料的變形也將消逝,材料完全回復(fù)到原來的狀態(tài)，這種變形即稱為彈性變形。塑性變形：材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)應(yīng)力消逝后，即使材料的應(yīng)力全部解除,材料也不能回復(fù)到原來的狀態(tài)，即永久變形，這種變形即稱為塑性變形。這時(shí)，材料的應(yīng)力達(dá)到或超過了材料的屈服點(diǎn)，材料產(chǎn)生的塑性變形， 材料也不能回復(fù)

7、到原來的狀態(tài)。聲發(fā)射檢測(cè)主要討論材料的塑性變形。材料的塑性變形（金屬）機(jī)理：由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和孿生變形所引。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)：位錯(cuò)在晶體內(nèi)的移動(dòng)。孿生變形：在晶粒大小范圍內(nèi)整個(gè)晶格截面取向改變?yōu)閮蓚€(gè)完全相同的“孿生”（鏡面）晶大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 將導(dǎo)致材料產(chǎn)生如下的結(jié)果：滑移；屈服；留德爾斯線（鋼）；裂紋尖端塑性區(qū)；空隙增長和聚結(jié)；韌性斯裂。孿生產(chǎn)生較高幅值的聲發(fā)射 ，孿生發(fā)生在錫、鋅、鈦中，但不發(fā)生在鋼與鋁中。臨界裂紋：是指達(dá)到這一點(diǎn)后，裂紋將很快地前進(jìn)擴(kuò)展，并且迅速地使部件斷裂。斷裂韌性：材料抵抗斷裂的能力。用KIC來衡量材料的斷裂韌性。裂紋尖端附近應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度通過“應(yīng)力強(qiáng)度因子” K來描述，K值與作用

8、在部件上的載荷和裂紋的大小有關(guān)。K的臨界值就是用于裂紋張開的力，在這個(gè)力的作用下裂紋將很快擴(kuò)展，同時(shí)部件將立刻斷裂。用KIc來表示K的臨界值。亞臨界裂紋：就是發(fā)生在臨界裂紋發(fā)生以前的裂紋?！皝喤R界”裂紋擴(kuò)展：就是發(fā)生在裂紋臨界擴(kuò)展發(fā)生以前的擴(kuò)展。能引起亞臨界裂紋擴(kuò)展的條件下如下：a）不斷上升的載荷作用b）疲勞（循環(huán)或重復(fù)載荷）；C）應(yīng)力腐蝕開裂；d）氫脆開裂e）腐蝕疲勞 亞臨界裂紋擴(kuò)過程中，聲發(fā)射主要來自于兩種聲源: a）塑性區(qū)、主開裂和夾雜的脫層;b）裂紋前沿本身的向前運(yùn)動(dòng)。材料的斷裂的形式 可分為：脆性斷裂和韌性斷裂； 而在金屬組織晶粒的尺度上又分為沿晶斷裂和穿晶斷裂； 從斷口的形貌來看又

9、可分為解理斷裂和疲勞斷裂。聲發(fā)射源分類：穩(wěn)態(tài)源、動(dòng)態(tài)源。穩(wěn)態(tài)源模型 ：將源看作一個(gè)能量發(fā)射器 , 并用應(yīng)力應(yīng)變等宏觀參量來得到這一問題的穩(wěn)定解 叫穩(wěn)態(tài)源模型。計(jì)算與源的行為有關(guān)的動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)源模型 ：是應(yīng)用局域在源附近隨時(shí)間變化的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)， 變化，叫動(dòng)態(tài)源模型。聲發(fā)射的能量來源 ：一般由外加負(fù)載、相變潛熱、外加磁場(chǎng)等來提供。突發(fā)聲發(fā)射信號(hào) ：聲發(fā)射事件信號(hào)是斷續(xù)， 且在時(shí)間上可以分開， 那么這種信號(hào)就叫突發(fā)聲 發(fā)射信號(hào)。連續(xù)聲發(fā)射信號(hào) ：如果大量的聲發(fā)射事件同時(shí)發(fā)生,且在時(shí)間上不可分辨，這些信號(hào)就叫做 連續(xù)聲發(fā)射信號(hào)。實(shí)際上連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)也是由大量小的突發(fā)型信號(hào)組成的，只不過太密集不能單個(gè)分

10、辨 而已 。其位移幅度可以從小聲發(fā)射信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍 ：材料內(nèi)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍， 于10-15 m到10-9 m,達(dá)到106量級(jí)（120dB）的范圍。非金屬材料中的聲發(fā)射源 ：這些材料均為脆性材料， 其強(qiáng)度很高， 但韌性很差， 因此其聲發(fā) 射源主要為微裂紋開裂和宏觀開裂。復(fù)合材料 是由基體材料和分布于整個(gè)基體材料中的第2相材料所組成的。根據(jù)第 2相材料的不同， 復(fù)合材料分為 3類：擴(kuò)散增強(qiáng)復(fù)合材料、 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料和纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料。與常規(guī)材料相比，復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、疲勞性能和抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)，而且容易制造出結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的部件。擴(kuò)散增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的聲發(fā)射源主要包括：

11、基體開裂和第 2相顆粒和基體的脫開。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的聲發(fā)射源 主要包括以下7類： 基體開裂 纖維和基體的脫開纖維拔出纖維斷裂纖維松弛分層 摩擦。其它聲發(fā)射源 ： 流體介質(zhì)的泄漏 氧化物或氧化層的開裂 夾渣開裂 摩擦源 液化和固化 元件松動(dòng)、間歇接觸 流體和非固體 裂紋閉合 腐蝕。波：就是材料質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的運(yùn)動(dòng)（振動(dòng)）在材料中的傳播?？v波（壓縮波） ：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行， 可在固體、 液體、 氣體介質(zhì)中傳播。橫波（剪切波） ：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，只能在固體介質(zhì)中傳播。表面波（瑞利波）：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡呈橢圓形，沿深度約為12個(gè)波長的固體近表面?zhèn)鞑? 波的能量隨傳

12、播深度增加而迅速減弱。蘭姆波（板波） ：因物體兩平行表面所限而形成的縱波與橫波組合的波，它在整個(gè)物體內(nèi)傳 播，質(zhì)點(diǎn)作橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)， 按質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)特點(diǎn)可分為對(duì)稱型 （擴(kuò)展波） 和非對(duì)稱型（彎曲波） 兩種。點(diǎn)力階躍脈沖力源 F0H（t） 作用于板時(shí)， 板表面將產(chǎn)生相當(dāng)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)， 在材料表面上產(chǎn)生的 位移迅速變化， 這是理論與實(shí)驗(yàn)相符的唯一的情況。 Knopoff 給出了在力作用點(diǎn)對(duì)面的垂直通常用于聲發(fā)射傳感器的預(yù)標(biāo)方向質(zhì)點(diǎn)位移，這一情況對(duì)聲發(fā)射技術(shù)是十分有意義的，它 定。點(diǎn)脈沖加載的源：具有一般形狀的短脈沖力源 f（t ），該處的速度響應(yīng)為縱波的速度響應(yīng)與力的變化率成正比，而切變波的速度響應(yīng)與力

13、的大小成正比。表面階躍力源在厚板對(duì)面產(chǎn)生的垂直位移。- 7 -各種反射波和折射波方向都符合反射、折射定律。以下是縱波入射時(shí)的反射折射定律公式：sinaL /CL1 = sin a'L /CL1 = sin a'S /CS1 = sin 3L /CL2 = sin 3s /Cs2CL1 、CS1第一介質(zhì)中的縱波、橫波波速。CL2 、CS2第二介質(zhì)中的縱波、橫波波速。(XL 縱波入射角、反射角。橫波。縱波、橫波折射角。a 'S 橫波反射角。聲發(fā)射波經(jīng)傳播到探頭后，聲發(fā)射信號(hào)波形的上升時(shí)間變慢，幅度下降、持續(xù)時(shí)間變長、 到達(dá)時(shí)間延遲、頻率成份向低頻偏移 。波速=頻率X波長（C

14、 =f X入） 波速 :傳播速度，與波的頻率和波長成正比，等于頻率與波長的乘積。波的傳播速度 ：是與介質(zhì)的彈性模量和密度有關(guān)的材料特性， 因而不同的材料， 波速也不同。在同種材料中， 不同模式的波速之間有一定比率關(guān)系。 例如，橫波速度約為縱波速度的 60%， 表面波速度約為橫波的 90%?？v波、橫波、表面波的速度與波的頻率無關(guān)，而板波的速度則與波的頻率有關(guān)，即具有頻散現(xiàn)象，約分布在縱波速度和橫波速度之間傳播速度主要用于聲發(fā)射源的時(shí)差定位計(jì)算，影響定位精度。 實(shí)際中， 難以理論計(jì)算， 需用1% 10%。實(shí)驗(yàn)測(cè)量。 實(shí)測(cè)波速計(jì)算出的定位精度一般在傳感器間距的 常見容器類屬于二維結(jié)構(gòu) （薄壁），表面

15、波或板波的傳播衰減遠(yuǎn)小于縱波和橫波，常成為主要的傳播模式。多數(shù)金屬容器中，典型傳播速度約為3000 m/s。在無法測(cè)得波速的情況下, 可用此值作為初設(shè)置。 復(fù)合材料中，聲波的傳播存在各向異性，時(shí)差定位精度較差。衰減 ：信號(hào)的幅值隨著離開聲源距離的增加而減小。衰減與聲發(fā)射檢測(cè)的關(guān)系 ：衰減控制了聲源距離的可檢測(cè)性， 對(duì)于聲發(fā)射檢驗(yàn)來說它是確定 傳感器間距的關(guān)鍵因素。衰減的分類 ：幾何衰減 、材質(zhì)衰減、色散衰減、散射與衍射衰減、。幾何衰減 ：當(dāng)波由一個(gè)局域的源所產(chǎn)生時(shí)， 波動(dòng)將從源部位向所有的方向傳播。 即使在無損耗的介質(zhì)中， 整個(gè)波前的能量保持不變， 但散布在整個(gè)波前球面上， 隨著波傳播距離的增

16、加，波的幅度必定下降。（平面波無幾何衰減）。材質(zhì)衰減 ：由材料內(nèi)摩擦引起的衰減。 如果固體為彈性介質(zhì) , 聲發(fā)射波的總機(jī)械能保持不變。然而，在實(shí)際的介質(zhì)中，波傳播的總機(jī)械能不能保持不變，而是逐漸衰減。由于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱彈效應(yīng)， 機(jī)械能可以被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?如果應(yīng)力超過介質(zhì)的彈性極限， 塑性變形也引起機(jī)械能的損失。 裂紋擴(kuò)展將波的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為新的表面能， 波與介質(zhì)中位錯(cuò)的相互作用也可引起能量的損失和衰減。 塑性材料的粘性行為、 界面之間的摩擦和復(fù)合材料中非完全結(jié)合的夾雜物或纖維都能引起波的能量損耗和衰減。磁彈相互作用、 金屬中的電子相互作用、順磁電子或核子的自旋機(jī)制等都能引起波的能量損失和

17、衰減。無論上述那一種機(jī)制引起機(jī)械能的損耗，波的幅度都將隨波通過介質(zhì)中的傳播而下降。色散衰減 ：色散是在某些物理系統(tǒng)中波速隨頻率變化引起的一種現(xiàn)象。散射和衍射衰減 ：波在具有復(fù)雜邊界或不連續(xù) （ 如空洞、裂紋、夾雜物等 ） 的介質(zhì)中傳播將與這些幾何不連續(xù)產(chǎn)生相互作用產(chǎn)生散射和衍射現(xiàn)象。其他因素素起的衰減：相鄰介質(zhì)泄漏”， 即由于波向相鄰介質(zhì)“泄漏”而也造成波的幅度下降，例如，容器中的水介質(zhì)，障礙物，即容器上的接管、人孔等障礙物也可造成幅度下降。實(shí)際工作中聲發(fā)射的衰減測(cè)量與應(yīng)用：實(shí)際結(jié)構(gòu)中，波的衰減機(jī)制很復(fù)雜，難以用理論計(jì)算，只能用試驗(yàn)測(cè)得。隨著頻率的增加內(nèi)摩擦也增加，衰減加快。實(shí)際工作中傳播衰減

18、的大小， 關(guān)系到每個(gè)傳感器可監(jiān)視的距離范圍， 在源定位中成為確定傳150kHz的高頻感器間距或工作頻率的關(guān)鍵因素。 在實(shí)際應(yīng)用中， 為減少衰減的影響而常采取的措施包括： 降低傳感器頻率或減小傳感器間距，例如，對(duì)復(fù)合材料的局部監(jiān)視通常采用傳感器，而大面積監(jiān)視則采用30kHz的低頻傳感器，對(duì)大型構(gòu)件的整體檢測(cè)，可相應(yīng)增加傳 感器的數(shù)量。凱賽爾效應(yīng) ：重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷以前不發(fā)生明顯聲發(fā)射，這種聲發(fā)射不可逆 性質(zhì)稱為凱賽爾效應(yīng)。 多數(shù)金屬材料和巖石中， 可觀察到明顯的凱賽爾效應(yīng)。 但是， 重復(fù)加 載前，如產(chǎn)生新裂紋或其它可逆聲發(fā)射機(jī)制，則凱賽爾效應(yīng)會(huì)消失。凱賽爾效應(yīng)在聲發(fā)射檢測(cè)中的應(yīng)用：在

19、役構(gòu)件的新生裂紋的定期過載聲發(fā)射檢測(cè)；巖 體等原先所受最大應(yīng)力的推定； 疲勞裂紋起始與擴(kuò)展聲發(fā)射檢測(cè)； 通過預(yù)載措施消除加 載銷孔的噪聲干擾；加載過程中常見的可逆性摩擦噪聲的鑒別。費(fèi)利西蒂效應(yīng)： 材料重復(fù)加載時(shí)， 重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷前發(fā)生明顯聲發(fā)射的現(xiàn)象， 稱為費(fèi)利西蒂效應(yīng)，也可認(rèn)為是反凱賽爾效應(yīng)。費(fèi)利西蒂比：重復(fù)加載時(shí)的聲發(fā)射起始載荷（PAE對(duì)原先所加最大載荷（PmaX之比（PAE/PmaX,稱為費(fèi)利西蒂比。費(fèi)利西蒂效應(yīng)的應(yīng)用： 費(fèi)利西蒂比作為一種定量參數(shù)， 較好地反映材料中原先所受損傷或結(jié)構(gòu)缺陷的嚴(yán)重程度， 已成為缺陷嚴(yán)重性的重要評(píng)定判據(jù)。 樹脂基復(fù)合材料等粘彈性材料， 由于具有

20、應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的遲后效應(yīng)而使其應(yīng)用更為有效。費(fèi)利西蒂比大于 1表示凱賽爾效應(yīng)成立，而小于 1則表示不成立。在一些復(fù)合材料構(gòu)件中，費(fèi)利西蒂比小于0.95 作為聲發(fā)射源超標(biāo)的重要判據(jù)。對(duì)于凱賽爾效應(yīng)和費(fèi)利西蒂效應(yīng)的判別 ：關(guān)鍵是如何定義“明顯”聲發(fā)射。美國CARR增強(qiáng)塑料聲發(fā)射監(jiān)測(cè)委員會(huì)） 推薦的規(guī)范，提出了三項(xiàng)判據(jù)：1）當(dāng)負(fù)載增加10%聲發(fā)射超過 5個(gè)事件計(jì)數(shù)； 2）當(dāng)負(fù)載增加 10%，聲發(fā)射多于 20個(gè)振鈴計(jì)數(shù)； 3）在恒定載荷下的持續(xù)聲發(fā)射。我國航天部 QJ2914-1997 提出的確定二次加載聲發(fā)射起始載荷的判據(jù)：1）在恒載一分鐘周期內(nèi)事件計(jì)數(shù)不小于 5；2）在 10%的載荷增量中事件計(jì)數(shù)不小

21、于10。必須指出的是：這些判據(jù)并不是通用的，不同的材料、實(shí)驗(yàn)條件、通道數(shù)、檢測(cè)靈敏度，判據(jù)可能相差較大。因此，還需從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)作出自己的判定。聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用均以材料的聲發(fā)射特性為基礎(chǔ)。影響聲發(fā)射特性的因素1、材料，材料不同的聲發(fā)射特性差異很大。即使對(duì)同一材料而言，影響聲發(fā)射特性的因素也十分復(fù)雜，如熱處理狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、試樣形狀、加載方式、受載歷史、溫度環(huán)境和氣氛等。試件，尺寸和形狀。2、應(yīng)力，應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變率、受載史。環(huán)境，溫度、腐蝕介質(zhì)。對(duì)同一試樣作聲發(fā)射試驗(yàn)，在同樣的內(nèi)部和外部條件下，由于試樣的聲發(fā)射源不同，也會(huì)表現(xiàn)出不同的聲發(fā)射特性。第三章 聲發(fā)射波的探測(cè)聲發(fā)射波（即聲發(fā)射信號(hào)

22、）就是聲發(fā)射源在某種激勵(lì)作用下發(fā)出的一種應(yīng)力脈沖波，通常與某缺陷的產(chǎn)生與發(fā)展過程有關(guān)。 多數(shù)情況下這種激勵(lì)都是指外力 ，如容器的加壓過程等可能激發(fā)缺陷產(chǎn)生聲發(fā)射波。也有諸如腐蝕、金屬相變等微觀過程也會(huì)發(fā)出聲發(fā)射波。聲發(fā)射檢測(cè)就是檢測(cè)接收聲發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行分析得到聲發(fā)射源（缺陷）的信息。聲發(fā)射信號(hào)的波形：聲發(fā)射信號(hào)的相關(guān)定義和術(shù)語: 聲發(fā)射（Acoustic emission AE ）：材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象。聲發(fā)射信號(hào)（AE signal ）:傳感器將檢測(cè)到的彈性波轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。通道（Channel）：用于傳送、處理、探測(cè)和測(cè)量信號(hào)的單個(gè)聲發(fā)射傳感器及相關(guān)的儀器組 件。聲

23、源（Source）： 一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射事件的物理源。定位（Lacation ）：以多個(gè)聲發(fā)射傳感器確定聲源的位置。衰減（Atte nu ation）：聲源在材料中傳播時(shí)引起的能量減少。突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)（Burst emission ）:在時(shí)間上可以區(qū)分開的快速上升、緩慢衰減的聲發(fā)射信號(hào)。連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)（Continuous emission）:在時(shí)間上難以區(qū)分開且幅值相近的聲發(fā)射信號(hào)。撞擊（Hit）：超過門檻并使某一通道獲取數(shù)據(jù)的任何信號(hào)稱之為一個(gè)撞擊。撞擊數(shù)（總數(shù)或計(jì)數(shù)率）主要反映聲發(fā)射活動(dòng)的總量和頻度，常用于聲發(fā)射活動(dòng)性的評(píng)價(jià)。事件（Event）:來自同一聲源的聲發(fā)射信號(hào)在介質(zhì)的各個(gè)方向

24、傳播時(shí)，以撞擊的形式被多個(gè)通道檢測(cè)到并形成定位，此時(shí)的撞擊信號(hào)就稱為事件 （區(qū)域定位時(shí)，某一通道最先收到的撞擊也稱為事件）。也可定義為，產(chǎn)生聲發(fā)射的一次材料變化為一個(gè)聲發(fā)射事件。事件數(shù)（總數(shù)或計(jì)數(shù)率）主要反映聲發(fā)射事件的總量和頻度，用于聲源的活動(dòng)性和定位集中度評(píng)價(jià)。活度（Activity ）：聲發(fā)射源的事件數(shù)隨著加壓過程或時(shí)間變化的程度，如撞擊率、事件率、定位聚類等。強(qiáng)度（Intensity）：表征聲發(fā)射信號(hào)的大小，如平均幅值、平均能量或平均計(jì)數(shù)。噪聲（Noise）:與被檢測(cè)信號(hào)無關(guān)的聲發(fā)射信號(hào)。門檻（Threshold）：一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電壓值，只有聲發(fā)射信號(hào)的幅值超過該電壓值才能被檢測(cè)到。增

25、益（Gain ）：儀器放大器對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的放大倍數(shù)。振鈴計(jì)數(shù)（Counts）: 一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)中振鈴超過門檻的次數(shù)，即振鈴計(jì)數(shù)。受門檻值大小-8 -的影響。計(jì)數(shù)率( Count rate )： 單位時(shí)間的累計(jì)個(gè)數(shù)。持續(xù)時(shí)間( Duration )： 信號(hào)從第一次超過門檻到最終下降到門檻的時(shí)間長度。其作用與 振鈴計(jì)數(shù)相似，但常用于特殊聲源類型和噪聲的鑒別。能量( Energy )： 聲發(fā)射信號(hào)釋放的總彈性能，一般以信號(hào)包絡(luò)線下方圖形的面積。由于 單個(gè)聲發(fā)射信號(hào)的絕對(duì)能量很小， 數(shù)值上表達(dá)不方便， 因此儀器中也經(jīng)常使用目對(duì)能量， 即 能量計(jì)數(shù)。 主要反映聲發(fā)射信號(hào)的目對(duì)能量或強(qiáng)度， 不受門檻值大小

26、的影響， 對(duì)工作頻率和 傳播特性不敏感，有時(shí)可以代替振鈴計(jì)數(shù)，也可用于于聲源的類型鑒別。初始頻率( Initial frequency )： 信號(hào)超過門檻和到達(dá)峰值時(shí)波形的平均頻率，單位為kHz。dB表示，幅值( Amplitude )： 聲發(fā)射信號(hào)的最大峰值電壓。由于數(shù)值很小，習(xí)慣上以dB=20lgV/1卩V, V為信號(hào)最大峰值的原始電壓，單位為伏特，0 dB對(duì)應(yīng)1卩V。聲發(fā)射信號(hào)的 幅度與事件的大小直接目關(guān)， 直接決定事件的可測(cè)性， 不受門檻的影響， 常用于聲源的類型 鑒別和強(qiáng)度及衰減的測(cè)量。上升時(shí)間( Rise time )： 信號(hào)第一次超過門檻至最大振幅所經(jīng)歷勺時(shí)間間隔。由于受傳播的影

27、響，其物理意義不明顯，但可用于機(jī)電類噪聲的鑒別。特征數(shù)據(jù)( Signal features)： 檢測(cè)數(shù)據(jù)僅儲(chǔ)存聲發(fā)射的特征參數(shù)(幅值、能量等)，而不存儲(chǔ)波形。RMS( Root mean square )：有效值電壓( v )，即采集時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的均方根電壓值。與聲發(fā)射的大小有關(guān)， 測(cè)量簡(jiǎn)便， 不受門檻的影響， 適用于連續(xù)型信號(hào)的檢測(cè)及聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)。ASL( Average sig nal level )：平均信號(hào)電平(dB)，即采集時(shí)間內(nèi)，信號(hào)電平的均值。ASL=20lg ( RMS /1uv , RMS勺單位為伏特。ASL的作用與RMS目似，尤其適合于測(cè)量對(duì)幅度動(dòng)態(tài)范圍要求高而時(shí)間分辨

28、率要求不高的連續(xù)型信號(hào)，也用于背景噪聲水平的測(cè)量。壓縮波或縱波(Compression wave, Longitudinal wave )： 在固體彈性介質(zhì)中壓縮變形以波形形式傳播，稱為彈性介質(zhì)中的壓縮波。 由于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移和波的傳播方向一致， 壓縮波也稱為縱波。切變波或橫波(Shear wave, Transverse wave )： 在固體彈性介質(zhì)中剪切變形以波形形式傳播， 稱為彈性介質(zhì)中的切變波。 由于質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移和波的傳播方向垂直， 切變波也稱為橫波。液體中不存在橫波。表面波或瑞利波( Surface wave, Rayleigh wave )： 在半無限大固體物質(zhì)的平面狀或曲面狀界面

29、上存在勺界面波稱為表面波或瑞利波。板波( Plate wave, Lamb wave )： 板狀固體勺板厚小到某一程度時(shí)，瑞利波就不會(huì)存在，而只能產(chǎn)生各種類型的板波。 蘭姆波是最主要的一種板波形式， 即當(dāng)板厚與波長目當(dāng)?shù)那闆r產(chǎn)生的波。波速（Wave velocity ）:聲波在介質(zhì)中的傳播速度，m/s。不同的波型以不同的速度在 介質(zhì)中傳播。橫波速度 VT = 0.6VL （縱波速度）；表面波速度 VS = 0.9VT （橫波速度）；板 波速度VP = 2/（1-卩）1/2，卩為材料系數(shù)。傳感器（ Sensor ）：又稱換能器 （ Transducer ），壓電元件將機(jī)械波轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的裝置。

30、寬頻傳感器（ Broadband sensor諧振傳感器（ Resonant sensors）： 在一定頻率范圍內(nèi)具有高靈敏度響應(yīng)的傳感器。）： 傳感器在較寬的頻率范圍內(nèi)具有較平坦的響應(yīng)曲線。- 13 -前置放大器（ Preamplifier ）：將傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行放大，以便將傳送到較遠(yuǎn)距離 的聲發(fā)射主機(jī)中。耦合劑（ Couplant ）： 在傳感器和被檢測(cè)構(gòu)件表面間提供聲耦合的物質(zhì)。壓電效應(yīng)：材料或結(jié)構(gòu)中的缺陷產(chǎn)生與發(fā)展過程會(huì)發(fā)出聲發(fā)射波，并沿各方向傳播。 檢測(cè)儀器應(yīng)具有 高相應(yīng)速度、高靈敏度、高增益、寬動(dòng)態(tài)范圍、強(qiáng)阻塞恢復(fù)能力和頻率檢測(cè)窗口可選擇等性能。當(dāng)某些電介質(zhì)沿一定方向受外力作

31、用而變形時(shí)，在其一定的兩個(gè)表面會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電荷， 當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)到不帶電荷的狀態(tài)， 這種現(xiàn)象就被稱為 正壓電效應(yīng) 。壓電效應(yīng)是可逆的 ，習(xí) 慣上將 正壓電效應(yīng)稱為壓電效應(yīng) 。電介質(zhì)受力產(chǎn)生的 電荷與力的大小成正比 ， 比例系數(shù)為壓電系數(shù) ，與機(jī)械形變方向有關(guān)， 特定材料一定方向上為常量。 電介質(zhì)受力產(chǎn)生電荷的極性取決于形變的形式 （壓縮或伸長） 。PZT。壓電材料： 具有明顯壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，常用的有石英晶體、鈮酸鋰、鎵酸鋰、 鍺等單晶，以及經(jīng)極化處理后的多晶體，如鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷經(jīng)極化處理后的新型壓電材料有高分子壓電薄膜和壓電半導(dǎo)體。 單晶體材料的壓電效應(yīng)是由

32、于其單晶受外應(yīng) 力時(shí)內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)變形， 使原來宏觀表現(xiàn)的電中性狀態(tài)破壞而產(chǎn)生電極化； 壓電陶瓷、高分子壓電薄膜的壓電性是電疇、電極偶子取向極化的結(jié)果。逆壓電效應(yīng)： 當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)， 某些電介質(zhì)在一定方向上將產(chǎn)生機(jī)械變形 或機(jī)械應(yīng)力， 當(dāng)外電場(chǎng)撤除后， 變形和應(yīng)力也隨之消失， 這種物理現(xiàn)象就稱之為 逆壓電效應(yīng) 。利用逆壓電效應(yīng)可制成超聲波發(fā)生器、 壓電揚(yáng)聲器、 頻率高度穩(wěn)定的晶體振蕩器 （如石英鐘 表）。許多聲發(fā)射儀器自帶的標(biāo)定信號(hào)源就是利用此原理產(chǎn)生的。壓電轉(zhuǎn)換元件的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) ：自發(fā)電和可逆性；體積??；重量輕；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；固有頻率高；靈敏度和信噪比高。廣 泛應(yīng)用在許多行業(yè)。缺點(diǎn)

33、 ：無靜態(tài)輸出，需要很高的電輸出電阻和低電容的低噪聲電纜。傳感器： 組成 ：通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成，輸出電學(xué)量。這些元件的功能為： 敏感元件： 直接感受和測(cè)量，并以確定關(guān)系輸出某一物理量（包括電學(xué)量）。轉(zhuǎn)換元件： 將敏感元件輸出的非非電物理量， 如位移、應(yīng)變、應(yīng)力、光強(qiáng)等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 （如 電路參數(shù)量、電壓、電流）。轉(zhuǎn)換電路： 將電路參數(shù) （如電阻、 電感、電容等） 量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量， 如電壓、電流、 頻率等。有些傳感器只有敏感元件， 如熱電偶; 有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成， 無需轉(zhuǎn)換電 路，如壓電式加速度傳感器; 還有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換電路組成， 如電容式

34、位移傳感 器；有些傳感器要經(jīng)多個(gè)轉(zhuǎn)換器多次轉(zhuǎn)換才輸出電量。聲發(fā)射傳感器 組成 ：通常由殼體、保護(hù)膜、壓電元件、阻尼塊、連接導(dǎo)線及高頻插座組成。壓電元件 ：通常采用鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇和鈮酸鋰等。結(jié)構(gòu) ：根據(jù)不同的檢測(cè)目的和環(huán)境采用不同結(jié)構(gòu)和性能的傳感器。諧振式高靈敏度傳感器是聲發(fā)射檢測(cè)中使用最多的一種。傳感器的靈敏度： 傳感器的輸入端作用為力、位移或者速度，輸出端為電壓?？梢哉J(rèn)為力、 位移或者速度轉(zhuǎn)換為電壓的整個(gè)系統(tǒng)為線性系統(tǒng)。T （«）|= I U（3） /D（3）1T為靈敏度，一般用對(duì)數(shù)表示;3為頻率;為傳感器的輸出電壓；D為表面原子的垂直位移分量或表面壓力垂直分量。校準(zhǔn) -靈敏度曲

35、線 ：根據(jù)特定的校準(zhǔn)方法， 可以得到傳感器的頻率 -靈敏度曲線， 據(jù)此可根據(jù) 檢測(cè)目的和環(huán)境選擇不同類型、不同頻率和靈敏度的傳感器。一般情況下傳感器的靈敏度要求 不低于 0.5 KV/m.s 。傳感器接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 后，由同軸屏蔽電纜饋送給前置放大器， 信號(hào)得到放大， 提高信噪比。 通常要求前置放大器 具有40-60dB的增益，噪聲電平不超過5微伏特，并有較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍和頻率寬度。校準(zhǔn) - 標(biāo)定方法： 傳感器的標(biāo)定方法因激勵(lì)源和傳播介質(zhì)的不同而不同。激勵(lì)源可分為噪聲源、連續(xù)波源和脈沖源三種 。噪聲源 有氦氣噴射、應(yīng)力腐蝕、金鎘合金相變等； 連續(xù)波源 可由壓電傳感器、電磁超聲傳感器

36、或磁致伸縮傳感器等產(chǎn)生； 脈沖源 可以由電火花、玻璃毛細(xì)管破裂、鉛筆芯斷裂、落球和激光脈等產(chǎn)生。激光脈沖設(shè)備昂貴， 應(yīng)用受限; 電火花法受氣候、 濕度和其他因素影響;玻璃毛細(xì)管破裂很 難做到壁厚均勻， 使用中難以獲得良好的重復(fù)性; 落球法獲得的頻率低; 鉛筆芯斷裂法受操 作人和材料表面條件的影響。耦合劑的作用：1)填充傳感器表面與檢測(cè)面之間的微小空隙，因?yàn)榻佑|面間的微量空氣會(huì)隔斷信號(hào)的傳輸； 2)通過耦合劑的“過渡”作用，使傳感器與檢測(cè)面之間的聲阻抗差減小，從而降低信號(hào)能 量在此界面的反射損失； 3)起到“潤滑”作用，減少傳感器表面與檢測(cè)面之間的摩擦。耦合劑性能的要求：1)聲衰減系數(shù)小，透聲良

37、好；2)聲阻抗介于傳感器表面材料與檢測(cè)面之間，匹配良好；3)粘附力低，容易擦拭掉；4)粘滯性適中，使用時(shí)不會(huì)流淌，又容易擠出；5)保濕性適中，不容易干燥；6)7)均勻性好，不含顆?；螂s質(zhì)，使用時(shí)不堵塞管口；外觀上色澤鮮明，透明度高，不含氣泡(有雜質(zhì)和氣泡容易看出)；8)9)不腐蝕或損壞傳感器。傳感器的固定方法 有機(jī)械固定、粘結(jié)固定和磁吸附方法。波導(dǎo)：有些情況下無法或很難將聲發(fā)射傳感器直接安裝在被檢測(cè)對(duì)象的表面，如高溫、高壓、低溫或深冷、表面疏松以及狹小空間等，此時(shí)往往可以借助波導(dǎo)方法實(shí)現(xiàn)聲波的傳導(dǎo)。常見的波導(dǎo)方法有金屬棒或管組成的波導(dǎo)，一端固定(焊接或機(jī)械連接)在檢測(cè)對(duì)象表面，另一端安裝傳感器

38、。傳感器的主要類型 ：諧振式傳感器、寬帶傳感器、高溫傳感器、差動(dòng)傳感器。其他類型：特定傳感器、微型傳感器、磁吸附傳感器、低頻抑制傳感器和電容式傳感器等。諧振式傳感器：最常用的一種傳感器。尤其是中心頻率為150KHZ窄帶諧振式傳感器，靈敏度和信噪比均較高、 價(jià)格便宜、 規(guī)格多， 常用于金屬材料結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。 因?yàn)榻饘俚慕Y(jié)構(gòu)較穩(wěn)定和均勻，可認(rèn)為是各向同性，聲波衰減系數(shù)較小，頻帶范圍一般在25KHZ-750KHZ，所以,選用諧振式傳感器較合適。寬帶傳感器： 通常由多個(gè)不同厚度的壓電元件組成， 或者由凹球面形與楔形壓電元件達(dá)到張寬頻帶的目的。 有時(shí)為了測(cè)量到更加接近真實(shí)的聲發(fā)射信號(hào)，以研究 聲源的特性，

39、 就需要采用寬帶響應(yīng)的傳感器來獲取根廣范圍頻率的信號(hào)。寬帶傳感器的主要 優(yōu)點(diǎn)是采集到的聲發(fā)射信號(hào)豐富、全面，其 缺點(diǎn) 是可能包含了噪聲信號(hào)。高溫傳感器： 應(yīng)用較少，價(jià)格昂貴、靈敏度較低。需要耐高溫的材料和結(jié)構(gòu)，以及耐高溫的耦合劑。高溫結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)往往采用波導(dǎo)桿。特定傳感器： 特殊要求或特殊方法的傳感器。 如僅響應(yīng)平行于測(cè)試物體表面的振動(dòng)量或僅響應(yīng)垂直于測(cè)試物體表面的振動(dòng)量的傳感器。差動(dòng)傳感器： 由兩只正負(fù)極差接的壓電元件組成， 輸出相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)， 信號(hào)因迭加而增大。穩(wěn)定性好，不變色、不改變稠度、不分層、不析出、不變質(zhì)、不腐蝕(檢測(cè)面)；傳感器的選擇：根據(jù)被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的材料特性及缺陷類型等判

40、斷聲源可能發(fā)射出的信號(hào)頻率范圍和幅度，選擇合適的傳感器類型。如鋼材中焊接缺陷產(chǎn)生的聲發(fā)射源信號(hào)頻率范圍在25KHZ-750KHZ之間，同時(shí)考慮噪聲源的頻率范圍，盡可能避開其主要頻率范圍。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室小試樣，可選擇微型傳感器。大型常壓立式儲(chǔ)罐，選擇的傳感器，頻率范圍20KHZ-60KHZ, 以接收到遠(yuǎn)距離傳播的信號(hào)。第四章聲發(fā)射檢測(cè)儀器系統(tǒng)聲發(fā)射檢測(cè)儀由傳感器、前置放大器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和記錄分析顯示系統(tǒng)4個(gè)部分組成。電信號(hào)經(jīng)前置放大器聲發(fā)射儀器中傳感器接收采集來自聲發(fā)射源的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，放大，由信號(hào)采集采集處理系統(tǒng)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)做處理,由記錄顯示系統(tǒng)進(jìn)行記錄分析顯示達(dá)到檢測(cè)聲發(fā)射源的目的

41、。聲發(fā)射傳感器用于接收聲波，將聲能轉(zhuǎn)換為電能;兩個(gè)主要的指標(biāo)：靈敏度；工作頻寬;傳感器靈敏度的表征: 靈敏度的標(biāo)定有表面波聲場(chǎng)校準(zhǔn)、縱波聲場(chǎng)校準(zhǔn)兩種;表面波沿聲介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，?jīng)歷傳感器敏感面時(shí)，各點(diǎn)振動(dòng)的相位不同;平面縱波垂直介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，?jīng)歷傳感器敏感面時(shí)，各點(diǎn)振動(dòng)的相位相同傳感器頻帶的選用:聲發(fā)射實(shí)際運(yùn)用中大量遇到的是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的金屬結(jié)構(gòu),如壓力容器等，這類材料的各向異性較小，聲波衰減系數(shù)也小， 這類對(duì)象的缺陷檢測(cè)多選用 諧振式傳感器 比較合適，最常使用通 帶頻率150KHZ勺諧振式窄帶傳感器來測(cè)量工程材料的聲發(fā)射信號(hào)。對(duì)于腐蝕、泄漏等二類聲發(fā)射信號(hào)，多使用諧振頻率40KHZ的諧振式傳感器；

42、帶寬和靈敏度是一對(duì)互相矛盾的指標(biāo)，帶寬越大，靈敏度相對(duì)越低 ,窄帶更容易獲得更高的靈敏度；應(yīng)用的最終目的是高靈敏度;寬帶傳感器由于在較寬的頻帶內(nèi)響應(yīng)靈敏度相對(duì)已知信號(hào) 頻率特件未知佶弓 頻率牯?。阂恢?，因此 做譜分析原則上要用寬帶傳感器;根申+佶弓頻率特性選樣相應(yīng)頻 寬的牢帶面錄敏度傳感器頻譜分忻，務(wù)収 頻率牛步性前置放大器:傳感器輸出的信號(hào)的電壓水平為微伏、毫伏量級(jí)的微弱信號(hào)， 若經(jīng)過長距離的傳輸， 信噪比必然要降低。在靠近傳感器位置設(shè)置前置放大器，將信號(hào)放大到一定程度，再經(jīng)過高頻同軸電纜傳輸給數(shù)據(jù)采集設(shè)備，常用有34、40到60dB增益。前放的輸入是傳感器輸出的模擬信號(hào)，輸出是放大后的模擬

43、信號(hào)，前放是模擬電路。-13 -前置放大器也常具有 模擬信號(hào)濾波器的功能和發(fā)射標(biāo)定聲發(fā)射信號(hào)的功能 根據(jù)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的形式需要， 前置放大器可以有內(nèi)置于傳感器內(nèi)和內(nèi)置于數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)如無線聲發(fā)射采集模塊 / 手持聲發(fā)射系統(tǒng)等，也可獨(dú)立外置于傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間 由電纜連接。前置放大器主要指標(biāo)： 放大倍數(shù)：固定增益通常為 40dB或34dB等，可調(diào)增益一般設(shè)置 20、40、60dB三檔可調(diào);2微伏帶寬：一般為寬帶前放，也有少量具有濾波器作用的窄帶前放;噪聲水平：一般輸入噪聲小于 20微伏。有些特殊用途的前置放大器，噪聲電平應(yīng)小于 供電電源： 和采集主機(jī)配套使用時(shí)由采集卡直接提供 28伏直

44、流供電， 單獨(dú)使用時(shí)會(huì)配備信號(hào) 供電分離器，專門的電源適配器給前放獨(dú)立供電;輸入輸出阻抗：高阻輸入阻抗，一般為50歐輸出阻抗，與后端的采集卡輸入阻抗相匹配;濾波器的功能和脈沖標(biāo)定功能： 窄帶前放也相當(dāng)于一個(gè)前端模擬濾波器; 可發(fā)射電脈沖實(shí)現(xiàn) 傳感器自動(dòng)標(biāo)定功能;內(nèi)置、 外置： 根據(jù)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的形式需要， 前置放大器可以有內(nèi)置于傳感器內(nèi)和內(nèi)置 于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如無線聲發(fā)射采集模塊 / 手持聲發(fā)射系統(tǒng)等，也可獨(dú)立外置于傳感器和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)之間由電纜連接。前置放大器主要功能特性： 傳感器的輸出阻抗比較高，前置放大器需要具有阻抗匹配和變換的功能。有時(shí)傳感器的輸出信號(hào)過大， 要求前置放大器具有抗電

45、沖擊的保護(hù)能力和阻塞現(xiàn)象的恢復(fù)能 力。并且具有比較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于單端傳感器要配用單端輸入前置放大器，對(duì)于差動(dòng)傳感器要配用差動(dòng)輸入前置放大器， 后者比前者具有一定的抗共模干擾能力。在聲發(fā)射系統(tǒng)中， 系統(tǒng)的噪聲由前置放大器的性能所左右。 前置放大器在整個(gè)系統(tǒng)中的作用 就是要提高信噪比，要有高增益和低噪聲的性能。具有調(diào)節(jié)方便，一致性好，體積小等優(yōu)點(diǎn)。由于聲發(fā)射檢測(cè)通常在強(qiáng)的機(jī)械噪聲（頻帶通常低于50KHZ）、液體噪聲（通常100KHZ1MHz） 和電氣噪聲的環(huán)境中進(jìn)行，因此前放還應(yīng)具有一定的強(qiáng)抗干擾能力和排除噪聲的能力。傳感器信號(hào)線 用于連接傳感器與前置放大器，一般采用 屏蔽良好的同軸電纜

46、。由于傳感器1米的信號(hào)輸出非常微弱且阻抗很高， 信號(hào)在傳輸過程中非常容易受到來自外界電磁信號(hào)的干擾。通過盡量縮短傳感器信號(hào)線的長度來降低干擾是主要方法，一般信號(hào)線的長度選擇都在 左右。傳感器信號(hào)線的另一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是電容量。同軸電纜 主要有 50歐和75歐兩種。 聲發(fā)射儀器多使用阻抗 50歐的同軸電纜， 電纜的長度一般 選擇在 100米以內(nèi)。其他配件: 耦合劑：耦合劑一般選用真空脂，也可使用凡士林、黃油等具有良好聲耦合性能的產(chǎn)品，對(duì) 于高溫環(huán)境應(yīng)使用相應(yīng)的高溫耦合劑;磁夾具：磁夾具用來將傳感器固定到鐵磁性檢測(cè)對(duì)象上;標(biāo)定鉛筆：最新的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求使用硬度為2H,直徑為0.3的鉛芯。第五章聲發(fā)射

47、信號(hào)處理方法目前采集和處理聲發(fā)射信號(hào)的方法可分為兩大類，一種是以多個(gè)簡(jiǎn)化的波形特征參數(shù)來表示聲發(fā)射信號(hào)的特征，然后對(duì)這些波形特征參數(shù)進(jìn)行分析和處理；一種是存貯和記錄聲發(fā)射信 號(hào)的波形，對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析。聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)：瞬態(tài)性；多態(tài)性；易受噪聲干擾。波形特性參數(shù)：波擊（時(shí)間）計(jì)數(shù)；振鈴計(jì)數(shù)；能量；幅度；持續(xù)時(shí)間；上升時(shí)間。聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)分析：事件計(jì)數(shù)；振鈴計(jì)數(shù)；能量；幅度；持續(xù)時(shí)間；上升時(shí)間；平均信號(hào) 電平；有效值電壓。則幅值為VXE的聲發(fā)射信號(hào)聲發(fā)射信號(hào)的幅度 通常以dBAE表示，定義傳感器輸出1 V時(shí)為OdB,的dBAE幅度。dBAE 20lg計(jì)數(shù)法是處理聲發(fā)射脈沖信號(hào)的一種常用方法。目

48、前應(yīng)用的計(jì)數(shù)法有 聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)率與振鈴計(jì)數(shù)率及它們的總計(jì)數(shù)，另外還有一種對(duì)振幅加權(quán)的計(jì)數(shù)方式，稱為“加權(quán)振鈴”計(jì)數(shù)法。聲發(fā)射事件是由材料內(nèi)局域變化產(chǎn)生的單個(gè)突發(fā)型信號(hào)，聲發(fā)射計(jì)數(shù)（振鈴計(jì)數(shù)）是聲發(fā)射信號(hào)超過某一設(shè)定門檻的次數(shù)，信號(hào)單位時(shí)間超過門檻的次數(shù)為計(jì)數(shù)率,聲發(fā)射計(jì)數(shù)率依賴于傳感器的響應(yīng)頻率、換能器的阻尼特性、結(jié)構(gòu)的阻尼特性和門檻的水平計(jì)數(shù)法的缺點(diǎn) 是易受下列因素影響 ：樣品幾何形狀；傳感器的特性；耦合條件；門檻電壓;接收儀器的響應(yīng)。聲發(fā)射能量反映聲發(fā)射源以彈性波形式釋放的能量;由于計(jì)數(shù)法測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)存在上述缺點(diǎn)，尤其對(duì)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)更明顯，因而通常采用測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)的能量來對(duì)連續(xù)型

49、聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析。目前，聲發(fā)射信號(hào)的能量測(cè)量是定量測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)的主要方法之一。聲發(fā)射信號(hào)的能量正比于聲發(fā)射波形的面積，通常用均方根電壓（Vrms）或均方電壓（Vms）來進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)的能量測(cè)量。能量分析法的優(yōu)點(diǎn):Vms和Vm對(duì)電子系統(tǒng)增益和換能器耦合情況的微小變化不太敏感,且不依賴于任何閾值電壓;Vms和Vm與連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的能量有直接關(guān)系，但對(duì)計(jì)數(shù)技術(shù)來說，根本不存在這樣的簡(jiǎn)單關(guān)系；Vrms與VmS很容易對(duì)不同應(yīng)變率或不同樣品體積進(jìn)行修正。信號(hào)峰值幅度和幅度分布是一種可以更多地反映聲發(fā)射源信息的處理方法,信號(hào)幅度與材料中產(chǎn)生聲發(fā)射源的強(qiáng)度有直接關(guān)系，幅度分布與材料的形變機(jī)制有關(guān)。聲發(fā)射

50、信號(hào)幅度的測(cè)量同樣 受換能器的響應(yīng)頻率、換能器的阻尼特性、結(jié)構(gòu)的阻尼特性和門檻電壓水平等因素的影響。通過應(yīng)用對(duì)數(shù)放大器，既可對(duì)聲發(fā)射大信號(hào)也可對(duì)聲發(fā)射小信號(hào)進(jìn)行精確的峰值幅度測(cè)量。不同的聲發(fā)射源具有不同的幅度分布譜。聲發(fā)射信號(hào)的幅度、事件和計(jì)數(shù)得到如下經(jīng)驗(yàn)公式:N =聲發(fā)射信號(hào)累加振鈴計(jì)數(shù)； P=聲發(fā)射信號(hào)事件總計(jì)數(shù);Pff =換能器的響應(yīng)頻率；=聲發(fā)射事件的下降時(shí)間;b =幅度分布的斜率參數(shù)。聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)歷分析方法是通過對(duì)聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)隨時(shí)間或外變量變化的情況進(jìn)行分析,而得到聲發(fā)射源的活動(dòng)情況和發(fā)展趨勢(shì)采用經(jīng)歷圖分析方法對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行分析可達(dá)到如下目的:聲發(fā)射源的活動(dòng)性評(píng)價(jià);費(fèi)利西蒂(Fel

51、icity )比和凱塞(Kaiser )效應(yīng)評(píng)價(jià);恒載聲發(fā)射評(píng)價(jià);起裂點(diǎn)測(cè)量。聲發(fā)射信號(hào)分布分析方法是將聲發(fā)射信號(hào)撞擊計(jì)數(shù)或事件計(jì)數(shù)按信號(hào)參數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分布分析。分布分析可用于發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射源的特征，從而達(dá)到鑒別聲發(fā)射源類型的目的關(guān)聯(lián)分析方法也是聲發(fā)射信號(hào)分析中最常用的方法，對(duì)任意兩個(gè)聲發(fā)射信號(hào)的波形特征參數(shù)可以作它們之間的關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行分析，圖中二維坐標(biāo)軸各表示一個(gè)參數(shù)，每個(gè)顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)于可以分析不同AE源的特一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)撞擊或事件。通過作出不同參量兩兩之間的關(guān)聯(lián)圖, 征，從而能起到鑒別AE源的作用 突發(fā)性信號(hào)定位：時(shí)差定位，是經(jīng)對(duì)各個(gè)聲發(fā)射通道信號(hào)到達(dá)時(shí)間差、波速、探頭間距等參數(shù)的測(cè)量及復(fù)雜的算法

52、運(yùn)算，來確定波源的坐標(biāo)或位置。時(shí)差定位是一種精確而又復(fù)雜的定位方式，廣泛用于 試樣和構(gòu)件的檢測(cè)。不過，時(shí)差定位，易丟失大量的低幅度信號(hào)，其定位精度又受波速、衰 減、波形、構(gòu)件形狀等許多易變量的影響，因而，在實(shí)際應(yīng)用中也受到種種限制。區(qū)域定位，是一種處理速度快、簡(jiǎn)便而又粗略的定位方式，主要用于復(fù)合材料等由于聲發(fā)射 頻度過高或傳播衰減過大或檢測(cè)通道數(shù)有限而難以采用時(shí)差定位的場(chǎng)合。-17 -源定位時(shí)差定位r突發(fā)信號(hào)一維定位 二維定位 三維定位平面定位柱面定位球面定位連續(xù)信號(hào)反弒牛行4獨(dú)立通道監(jiān)視 區(qū)域定位I信號(hào)到達(dá)次序幅度測(cè)量式區(qū)域定位 衰減測(cè)量式定位 互相關(guān)式時(shí)差定位 干涉式時(shí)差定位當(dāng)被檢測(cè)物體的

53、長度與半徑之比非常大時(shí)，易采用線定位進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè),如管道、棒材、d TV D d l(D 影響聲發(fā)射信號(hào)定位源精度的因素鋼梁等。dT2V T2 T1ttV)不唯一解；圖形畸變；弱聲發(fā)射源；強(qiáng)聲源和多聲源；探頭位置；波速(多模態(tài))；時(shí)差測(cè)量；硬件影響；門檻值設(shè)定；噪聲影響；算法誤 差。連續(xù)聲發(fā)射源定位的幅度測(cè)量方法:(1)通過識(shí)別最高和第二高聲發(fā)射輸出信號(hào)，從聲發(fā)射探頭陣列中找到最靠近泄漏源的兩個(gè)探頭。在探頭陣列之外的泄漏源不能采用幅度測(cè)量法進(jìn)行定位。(2)以分貝來確定兩個(gè)探頭輸出的差值，并與被測(cè)物體的衰減特征進(jìn)行比較。(3) 對(duì)于二維平面，兩個(gè)探頭確定了一條通過泄漏源的雙曲線，因此需要第三個(gè)

54、探頭來得到 另一條雙曲線，兩個(gè)雙曲線的交點(diǎn)即為泄漏源部位。幅度測(cè)量法定位的條件:(1) 必須將所有通道(包括探頭和放大器)的靈敏度調(diào)整為相同。(2) 無任何電子或機(jī)械背景噪音。相關(guān)定位：對(duì)于任意一函數(shù)A(t)和時(shí)間延遲為t'的函數(shù) B(t)，兩個(gè)函數(shù)A(t)和B(t+ T 在有限時(shí)間間隔內(nèi)的互相關(guān)函數(shù) Rb( T )在T = T肯定包含一個(gè)最大值，這一互相關(guān)方法可 用于連續(xù)型聲發(fā)射源的定位。干涉式定位方法: (1)在感興趣的二維或三維空間內(nèi)定義一個(gè)位置;通過已知波速計(jì)算波到達(dá)陣列中(2)計(jì)算信號(hào)從定義位置到所有探頭之間的傳播路徑長度, 所有探頭的傳播時(shí)間和各個(gè)探頭的時(shí)間延遲;(3)按預(yù)定的時(shí)間同時(shí)捕捉每一個(gè)探頭的輸出，按照第2步計(jì)算的延遲時(shí)間推遲各通道的采-17 -樣時(shí)間；(4) 確定所有延遲的探頭間的相干性，高水平的相干性指出在假設(shè)的源部位有泄漏發(fā)生；(5) 如果相干性較低,假設(shè)另外一個(gè)部位從第2步重復(fù)進(jìn)行。波形分析：指通過分析聲發(fā)射(AE信號(hào)的時(shí)域波形或頻譜特征來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，因而波形也是表達(dá) AE源特征的最精確的方法，并可導(dǎo)致對(duì) AE勺定量了解。時(shí)域分析： 描述信號(hào)在時(shí)間域的完全信息，常用的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)有：波形時(shí)域特征描述參數(shù) ，比如最大幅值，相關(guān)函