《無損檢測（第2版）》 課件第六章 聲發(fā)射檢測

無損檢測（第2版）

第六章聲發(fā)射檢測圖6.1聲發(fā)射檢測原理示意圖第一節(jié)聲發(fā)射檢測的基本原理2聲發(fā)射檢測是一種通過探測和分析材料中聲發(fā)射源的信號

來評定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的無損檢測方法。從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波傳播至被檢測材料表面時，由于波的振動引起了材料表面位移的變化，可以用聲發(fā)射傳感器探測位移變化情況，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)換為電信號，然后再被放大、濾波等處理后進(jìn)行存儲，最后可對聲發(fā)射信號進(jìn)行分析及判定。若對聲發(fā)射信號進(jìn)行實時檢測，就可以連續(xù)監(jiān)測材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化的整個過程。一、聲發(fā)射源3當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受應(yīng)力作用時，由于其微觀結(jié)構(gòu)的不均勻以及缺陷的存在，導(dǎo)致局部產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成不穩(wěn)定的應(yīng)力分布。當(dāng)這種不穩(wěn)定狀態(tài)下的應(yīng)變能積累到一定程度時，不穩(wěn)定的高能狀態(tài)一定要向穩(wěn)定的低能狀態(tài)過渡。在此過程中將產(chǎn)生應(yīng)變能并被釋放，其中一部分以彈性應(yīng)力波的形式釋放出來，這種以彈性應(yīng)力波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象即所謂的“聲發(fā)射”。產(chǎn)生應(yīng)力波的部位即為聲發(fā)射源（下簡稱“源”），通過分析“源”釋放的聲信號可以確定材料發(fā)生損傷以及缺陷的位置，甚至可以評價出損傷程度和缺陷大小。圖6.2裂紋擴(kuò)展期間釋放應(yīng)變能的分配過程一、聲發(fā)射源4（一）突發(fā)型和連續(xù)型聲發(fā)射聲發(fā)射信號的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻直到超聲頻，而且它的幅度動態(tài)范圍亦很廣，從微弱的位錯運動直到強烈的地震波。目前人們根據(jù)聲發(fā)射時間是否可區(qū)分將聲發(fā)射信號分為突發(fā)型和連續(xù)型兩類。（a）突發(fā)型信號波源

（b）突發(fā)型信號頻譜曲線圖6.3突發(fā)型聲發(fā)射信號類型及相應(yīng)的頻譜曲線（a）連續(xù)型信號波源

（b）連續(xù)型信號頻譜曲線圖6.4連續(xù)型聲發(fā)射信號類型及相應(yīng)的頻譜曲線一、聲發(fā)射源5（二）金屬材料中的聲發(fā)射源引起聲發(fā)射的材料局部變化稱為聲發(fā)射事件，而聲發(fā)射源是指材料局部產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象的物理源點。在金屬材料中，有許多種損傷與破壞機(jī)制可產(chǎn)生聲發(fā)射源。（三）非金屬材料中的聲發(fā)射源目前，人們已經(jīng)對巖石、玻璃、陶瓷和混凝土等非金屬材料這類脆性材料進(jìn)行了聲發(fā)射現(xiàn)象的研究和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)這些材料中的“源”主要為微裂紋開裂和宏觀開裂。圖6.5金屬材料中的聲發(fā)射源6一、聲發(fā)射源（四）復(fù)合材料中的聲發(fā)射源復(fù)合材料是由基體材料和分布于整個基體中的第二相材料熔融固化制備而成的。根據(jù)第二相材料的不同，可將復(fù)合材料分為擴(kuò)散增強復(fù)合材料、顆粒增強復(fù)合材料和纖維增強復(fù)合材料。在擴(kuò)散增強和顆粒增強復(fù)合材料中，“源”主要包括基體開裂和第二相顆粒與基體的脫粘。而在纖維增強復(fù)合材料中，聲發(fā)射源類型主要包括：1）基體開裂；2）纖維與基體的脫開；3）纖維拔出；4）纖維斷裂；5）纖維松弛；6）分層；7）摩擦。（五）其他聲發(fā)射源1）常壓貯罐的底部泄漏，閥門的泄漏和埋地管道的泄漏；2）氧化物或氧化層的開裂；3）夾渣開裂；4）摩擦源；5）液化和固化；6）元件松動、間歇接觸；7）流體和非固體；8）裂紋閉合；9）變壓器局部放電。第二節(jié)聲發(fā)射檢測的物理基礎(chǔ)7一、凱賽爾效應(yīng)凱賽爾效應(yīng)指的是聲發(fā)射現(xiàn)象是不可逆的，是應(yīng)變能快速釋放不可逆性的反映。產(chǎn)生凱賽爾效應(yīng)的原因包括位錯、滑移、塑性變形和裂紋生成、擴(kuò)展及斷裂等。凱賽爾效應(yīng)在聲發(fā)射技術(shù)中的重要用途包括：（1）在役構(gòu)件新生裂紋的定期過載聲發(fā)射檢測；（2）巖體等原先所受最大應(yīng)力的推測；（3）疲勞裂紋起始與擴(kuò)展的聲發(fā)射檢測；（4）通過預(yù)載措施消除加載銷孔的噪聲干擾；（5）加載過程中常見的可逆性摩擦噪聲的鑒別。凱賽爾效應(yīng)反映了聲發(fā)射現(xiàn)象的實時性，

連續(xù)檢測材料的聲發(fā)射信號可以獲得實時的物體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化信息。圖6.6凱賽爾效應(yīng)二、費利西蒂效應(yīng)8材料重復(fù)加載時，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，稱為費利西蒂效應(yīng)，也稱為反凱賽爾效應(yīng)。重復(fù)加載時的聲發(fā)射起始載荷P1對原先最大載荷P2之比P1/P2，稱為費利西蒂比，它可以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)重性的重要評定判據(jù)。費利西蒂比大于或等于1（一些復(fù)合材料中為0.95）表示凱賽爾效應(yīng)成立，反之則表示不成立。三、聲波的傳播9彈性波傳播是材料對于不平衡或者動態(tài)力的響應(yīng)。對于聲發(fā)射檢測而言，當(dāng)固體材料受到外部的拉伸力或擠壓力時，會出現(xiàn)局部的彈性形變，隨著力的增加，彈性形變到達(dá)極限形成了固體的剪切變形，在這個過程中會產(chǎn)生兩種類型的波，一種是縱波（也稱壓縮波），另外一種是橫波（也稱切變波）。上述兩種聲波在“源”處產(chǎn)生后，將向四周進(jìn)行傳播，當(dāng)傳播到材料表面時，一部分聲波會被放置在材料表面且位于該聲波傳播路徑上的聲發(fā)射傳感器直接采集到，形成聲發(fā)射信號。三、聲波的傳播101、聲波的波速聲波在介質(zhì)中的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性模量、密度和泊松比等參數(shù)，對于理想的均勻介質(zhì)，縱波聲速與橫波聲速可分別由下式表示：式中，VL是縱波速度；VT是橫波速度；s是泊松比；E是楊氏模量；G是切變模量；r是密度。材料縱波聲速（km/s）橫波聲速（km/s）空氣0.34—水1.48—油1.7—鋁6.33.1鑄鐵4.52.5鋼5.93.23302不銹鋼5.563.12表6-1常見材料的聲速值三、聲波的傳播112、聲波的衰減（1）幾何衰減指的是聲波傳播中因波陣面擴(kuò)張引起的聲強減小。當(dāng)聲波由一個局域的源所產(chǎn)生時，波動將從“源”部位向所有的方向傳播，即使在無損耗的介質(zhì)中，隨著波傳播距離的增加，波的幅度逐漸減小。（2）頻散是在某些物理系統(tǒng)中波速（光波、聲波和電磁波等）隨頻率變化引起的一種現(xiàn)象。實際的聲發(fā)射信號包含多種頻率成分，由于頻散效應(yīng)，隨著波傳播距離的增加，各頻率成分發(fā)生分離或擴(kuò)展，導(dǎo)致信號幅度下降。（3）散射和衍射衰減聲波在具有復(fù)雜邊界或不連續(xù)（如空洞、裂紋、夾雜物等）的介質(zhì)中傳播時，會與上述幾何不連續(xù)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生損耗。（4）材質(zhì)衰減在非理想介質(zhì)中，由于存在材料內(nèi)摩擦作用、塑性形變以及裂紋擴(kuò)展等因素，因此聲波傳播在其內(nèi)部傳播的總機(jī)械能是逐漸衰減的。（5）其它因素引起的衰減一種是因聲波向相鄰介質(zhì)“泄漏”而造成波的幅度下降。四、聲發(fā)射檢測技術(shù)特點12優(yōu)點：（1）受被檢測工件的形狀影響小，可以檢測不同形狀的工件；（2）對缺陷的動態(tài)變化較為敏感，能夠檢測出動態(tài)缺陷的微量增長；（3）受外部環(huán)境的限制小，高低溫、輻射等惡劣環(huán)境下均可適用；（4）可提供缺陷隨載荷、時間、溫度等變量改變而實時或連續(xù)變化的信息，因而適用于工業(yè)過程在線監(jiān)控及材料早期損壞預(yù)報；（5）可采用多個通道同時檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)整體損傷的高效率檢測。缺點：（1）聲發(fā)射特性對材料特性本身十分敏感，又易受到各類環(huán)境噪聲的干擾，因此對檢測數(shù)據(jù)的解釋依賴于數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗；（2）聲發(fā)射檢測通常需要適當(dāng)?shù)募虞d程序。多數(shù)情況下，可利用現(xiàn)成的加載條件，但有時需要針對性地進(jìn)行特殊準(zhǔn)備；（3）聲發(fā)射檢測目前只能給出“源”的位置和強度，不能直接給出缺陷的性質(zhì)和大小。第三節(jié)聲發(fā)射信號處理和分析方法13對聲發(fā)射信號進(jìn)行處理和分析的主要目的包括：1）確定“源”的位置；2）分析“源”的性質(zhì)；3）確定聲發(fā)射信號發(fā)生的時間或載荷；4）評定“源”的級別。最終確定被檢工件中是否含有缺陷及其狀態(tài)。根據(jù)聲發(fā)射信號處理系統(tǒng)性能和功能，聲發(fā)射信號的分析和處理主要包括：（1）信號識別（定性）通過對感興趣的信號或信號成分的提取和識別，來推斷“源”的性質(zhì)以及判斷“源”的類型；（2）信號評估（定量）通過定量分析聲發(fā)射信號強度和頻度等參數(shù)，來評價材料或構(gòu)件的損傷程度；（3）源定位（定位）通過傳感器接收“源”信號的時間參數(shù)來確定“源”的位置。第三節(jié)聲發(fā)射信號處理和分析方法14根據(jù)聲發(fā)射信號分析對象，可將聲發(fā)射信號處理和分析方法分為：聲發(fā)射信號特征參數(shù)分析，是指借助信號分析處理技術(shù)直接分析聲發(fā)射信號的特征參數(shù)，然后依據(jù)參數(shù)分析結(jié)果來對“源”進(jìn)行評價，該方法可以實現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的可視化，在實際檢測應(yīng)用中具有較好的可行性。聲發(fā)射信號波形分析，則是根據(jù)所獲取信號的時域波形及其頻域參量、相關(guān)函數(shù)等來獲取聲發(fā)射信號所含信息的方法，常見的方法如快速傅里葉變換（FastFourierTransform，F(xiàn)FT）以及小波變換等。因具有優(yōu)越的噪聲濾除性能，其工程實用性較好。一、聲發(fā)射波形特征參數(shù)的定義15聲發(fā)射特征參數(shù)是指從聲發(fā)射波形中提取的一系列描述波形的參數(shù)。根據(jù)突發(fā)型聲發(fā)射信號波形模型可以得到如下的聲發(fā)射特征參數(shù)：

1）撞擊（事件）計數(shù)；2）振鈴計數(shù)；3）能量；4）幅度；5）持續(xù)時間；6）上升時間。

對于連續(xù)型聲發(fā)射信號，上述模型中只有振鈴計數(shù)和能量參數(shù)可以使用。為了更確切地描述連續(xù)型聲發(fā)射信號的特征，需要引入平均信號電平和有效電壓值兩個特征參數(shù)。圖6.7聲發(fā)射信號簡化波形參數(shù)的定義一、聲發(fā)射波形特征參數(shù)的定義16實際的聲發(fā)射信號因受被檢測材料的幾何效應(yīng)影響，其波形往往如圖6.8所示，即呈現(xiàn)一系列波形包絡(luò)信號。引入聲發(fā)射信號撞擊定義時間（HitDefinitionTime,HDT），將一連串的波形包絡(luò)劃入一個撞擊信號。當(dāng)聲發(fā)射檢測儀器設(shè)定的HDT大于兩個波包過門限的時間間隔T時，則這兩個波包被視為同一個聲發(fā)射撞擊信號；但如儀器設(shè)定的HDT小于T時，則這兩個波包被劃歸為兩個獨立的聲發(fā)射撞擊信號。圖6.8聲發(fā)射撞擊信號的定義參數(shù)含義特點與用途撞擊計數(shù)超過閾值并使某一通道獲取數(shù)據(jù)的任何信號稱為一個撞擊，可分為總計數(shù)、計數(shù)率反映AE活動的總量和頻度，常用于AE活動性評價事件計數(shù)由一個或幾個撞擊，鑒別所得AE事件的個數(shù)，可分為總計數(shù)、計數(shù)率反映AE事件的總量和頻度，用于源的活動性和定位集中度評價振鈴計數(shù)越過門檻信號的振蕩次數(shù)，可分為總計數(shù)和計數(shù)率粗略反映信號強度和頻度，廣泛用于AE活動性評價，但甚受門檻的影響幅值事件信號波形的最大振幅值，通常用dB表示直接決定事件的可測性，常用于波源的類型鑒別、強度及衰減的測量能量計數(shù)事件信號檢波包絡(luò)線下的面積，可分為總計數(shù)和計數(shù)率反映事件的相對能量或強度?？扇〈疋徲嫈?shù)，也用于波源的類型鑒別持續(xù)時間事件信號第一次越過門檻到最終降至門檻所經(jīng)歷的時間間隔，以μs表示與振鈴計數(shù)十分相似，但常用于特殊波源類型和噪聲鑒別上升時間事件信號第一次越過門檻至最大振幅所經(jīng)歷的時間間隔，以μs表示因甚受傳播的影響而其物理意義變得不明確，有時用于機(jī)電噪聲鑒別有效值電壓RMS采樣時間內(nèi)信號電平的均方根值，以V表示與AE的大小有關(guān)。不受門檻的影響，主要用于連續(xù)型AE活動性評價平均信號電平ASL采樣時間內(nèi)信號電平的均值，以dB表示對幅度動態(tài)范圍要求高而時間分辨率要求不高的連續(xù)型信號，尤為有用。也用于背景噪聲水平的測量時差同一個AE波到達(dá)各傳感器的時間差，以μs表示決定于波源的位置、傳感器間距和傳播速度，用于波源的位置計算外變量試驗過程外加變量，包括經(jīng)歷時間、載荷、位移、溫度及疲勞周次不屬于信號參數(shù)，但屬于撞擊信號參數(shù)的數(shù)據(jù)集，用于AE活動性分析一、聲發(fā)射波形特征參數(shù)的定義17表6-3聲發(fā)射信號特征參數(shù)二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法18（一）聲發(fā)射信號單參數(shù)分析方法1、計數(shù)分析法當(dāng)材料局部發(fā)生變化時，可產(chǎn)生突發(fā)型聲發(fā)射脈沖信號，計數(shù)分析法是處理該信號的一種常用方法。聲發(fā)射計數(shù)，亦稱為振鈴計數(shù)，是指聲發(fā)射信號超過某一設(shè)定門限的次數(shù)，而信號單位時間超過門限的次數(shù)則稱為計數(shù)率。對于一個聲發(fā)射事件，由聲發(fā)射傳感器探測到的聲發(fā)射計數(shù)可以表示為：式中，f0是傳感器響應(yīng)中心頻率；β是波的衰減系數(shù)；Vp是峰值電壓；Vt是閾值電壓。計數(shù)分析法的缺點是易受樣品幾何形狀、傳感器的特性及連接方式、門限壓、放大器和濾波器的工作狀況等因素的影響。二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法19（一）聲發(fā)射信號單參數(shù)分析方法2、能量分析法在對連續(xù)型聲發(fā)射信號進(jìn)行分析時，多采用基于聲發(fā)射信號能量分析方法。通常選用均方根電壓（Vrms）或均方電壓（Vms）進(jìn)行測量。以突發(fā)型聲發(fā)射信號為例，可以對每個撞擊的能量進(jìn)行測量，一個信號V(t)的均方電壓和均方根電壓定義如下：式中，ΔT是平均時間；V(t)是隨時間變化的信號電壓。根據(jù)電子學(xué)理論，可知Vms隨時間的變化量即為聲發(fā)射信號的能量變化率，聲發(fā)射信號從t1到t2時間內(nèi)的總能量E可表示為，聲發(fā)射信號能量的測量可與材料的重要物理參數(shù)直接關(guān)聯(lián)，且可解決小幅度連續(xù)型聲發(fā)射信號的測量問題。此外，Vrms和Vms不依賴于任何閾值電壓，對電子系統(tǒng)增益和傳感器耦合狀態(tài)的微小變化不敏感。Vrms和Vms與連續(xù)型聲發(fā)射信號的能量有直接關(guān)系，分析過程較為簡單。二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法20（一）聲發(fā)射信號單參數(shù)分析方法3、幅度分析法信號幅度與材料中“源”的強度有直接關(guān)系，而幅度分布則與材料的形變機(jī)制密切相關(guān)，因此信號幅度及其分布進(jìn)行分析可以更多地反映“源”信息。在聲發(fā)射信號幅度的測量過程中，傳感器的響應(yīng)頻率、阻尼特性以及門限電壓水平等因素均會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。目前，已經(jīng)建立了描述聲發(fā)射信號的幅度、撞擊和計數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗公式：式中，N是聲發(fā)射信號累加振鈴計數(shù)；P是聲發(fā)射信號撞擊總計數(shù)；f是傳感器的響應(yīng)頻率：τ是聲發(fā)射撞擊的下降時間；b是幅度分布的斜率參數(shù)。二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法21（二）聲發(fā)射信號其他分析方法1、經(jīng)歷圖分析法經(jīng)歷圖分析法是指通過對聲發(fā)射信號的某一個特征參數(shù)隨時間或其他外變量的經(jīng)歷變化進(jìn)行分析，從而獲取“源”在整個實驗過程中的狀態(tài)和發(fā)展趨勢。采用經(jīng)歷圖分析方法對“源”進(jìn)行分析，可以實現(xiàn)如下目的：（1）聲發(fā)射源的活動性評價（2）凱賽爾效應(yīng)和費利西蒂比（3）恒載聲發(fā)射評價（4）起裂點測量圖6.9壓力容器加壓過程中

裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號隨時間的變化經(jīng)歷圖二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法22（二）聲發(fā)射信號其他分析方法2、分布圖分析法分布分析是對聲發(fā)射撞擊或事件計數(shù)在某個聲發(fā)射參數(shù)上統(tǒng)計分布的一種聲發(fā)射信號分析方法。分析時通常以持續(xù)時間、幅值或能量等作為橫軸，聲發(fā)射撞擊數(shù)等作為縱軸，進(jìn)而觀察聲發(fā)射計數(shù)在某一參數(shù)上的分布情況。分布圖分析法多用于故障損傷的鑒別，此外，該方法也可用于評價“源”的強度。圖6.10壓力容器加壓過程中裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號隨時間的參數(shù)分布圖二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法23（二）聲發(fā)射信號其他分析方法3、關(guān)聯(lián)圖分析法關(guān)聯(lián)分析方法是聲發(fā)射信號分析中最常用的方法之一，該方法可對任意兩個聲發(fā)射信號的波形特征參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行分析。將某兩個聲發(fā)射信號波形參數(shù)分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，而圖上每個點則代表一個聲發(fā)射撞擊，因此可通過對這兩個參數(shù)的關(guān)聯(lián)性分析來獲取“源”的特征，也可用于噪聲的鑒別。圖6.11壓力容器加壓過程中裂紋擴(kuò)展和泄露聲發(fā)射信號參數(shù)的關(guān)聯(lián)圖三、聲發(fā)射源定位技術(shù)24在缺陷的聲發(fā)射定位檢測過程中，其核心問題是由傳感器接收到的聲發(fā)射信號反推“源”的問題，即所謂的“反向源”或“逆源”問題。通常的做法是將幾個壓電傳感器按一定的幾何關(guān)系放置于被檢測材料的指定位置上，從而組成傳感器陣列，通過測定從“源”發(fā)射的聲波傳播到各傳感器的時間，據(jù)此求出相對時差，然后將這些時差代入滿足該陣列幾何關(guān)系的方程組中求解，從而得到“源”的位置坐標(biāo)，即完成了缺陷的定位檢測。三、聲發(fā)射源定位技術(shù)25（一）直線定位法當(dāng)被檢物體的長度與半徑之比很大時，可采用直線定位進(jìn)行聲發(fā)射檢測，如管道、棒材、橋梁拉索以及鋼梁等。等直線定位法是在一維空間中放置兩個傳感器，它們所確定的“源”位置必須在兩個傳感器連線上，“源”位置可以由下式確定：式中T1是聲發(fā)射信號到達(dá)1號傳感器的時間；T2是聲發(fā)射信號到達(dá)2號傳感器的時間；D是兩傳感器之間的距離；V是聲波在被檢測材料中的傳播速度。圖6.12聲發(fā)射源時差直線定位原理圖三、聲發(fā)射源定位技術(shù)26（二）平面三角形定位法當(dāng)需要監(jiān)測一個相對較大的平面區(qū)域時，可以采用平面三角形定位檢測法進(jìn)行“源”定位。通過三個傳感器來確定聲發(fā)射信號到達(dá)時間及兩個時差，則可由下式計算出“源”位置。圖6.13聲發(fā)射源時差三角形法定位原理圖三、聲發(fā)射源定位技術(shù)27假設(shè)根據(jù)傳感器S2和S3之間的時差

tx計算得到雙曲線為1，而由傳感器S1和S4之間的時差ty所得雙曲線為2，“源”為Q，傳感器S2和S3間距為a，S1和S4的間距為b，則“源”位于兩條雙曲線的交點Q

(X,Y)上，其坐標(biāo)可計算得到：（三）四傳感器陣列平面定位法四傳感器陣列平面定位法實際上是對上面的平面三角形定位法的改進(jìn)，某些條件下求解會得到雙曲線的兩個交點，此時將存在1個真實的“源”和1個偽“源”，而如果增加一個傳感器，四個傳感器構(gòu)成的菱形陣列進(jìn)行平面定位，則只會得到一個真實的“源”。圖6.14聲發(fā)射源時差四傳感器法定位原理圖式中Lx=

txV，Ly=tyV。三、聲發(fā)射源定位技術(shù)28（四）聲發(fā)射源定位的影響因素由于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非勻質(zhì)性、各向異性以及加載條件、受載歷史的不同等，會對聲發(fā)射信號的傳播速度等產(chǎn)生一定影響，從而影響到“源”的定位精度。波速的影響聲發(fā)射信號在材料內(nèi)部的傳播過程中若遇到不連續(xù)結(jié)構(gòu)，則會引起聲波傳播路徑的改變，同時波速也可能會有所改變。衰減的影響當(dāng)傳感器與“源”距離較大時，使得本應(yīng)該被采集到的聲發(fā)射信號因為衰減信號幅值過低而被傳感器漏掉，造成較大的誤差甚至漏檢。傳感器位置的影響聲發(fā)射傳感器位置的坐標(biāo)是作為已知參數(shù)的，將對“源”定位產(chǎn)生直接影響。時差的影響聲發(fā)射信號本身的復(fù)雜性與隨機(jī)性，會在不同程度上降低定位的準(zhǔn)確性。四、聲發(fā)射信號處理技術(shù)29（一）基于FFT的頻譜分析技術(shù)頻譜分析是一種將復(fù)雜信號分解為較簡單信號的技術(shù)。找出一個信號在不同頻率下的信息（如振幅、功率、強度或相位等）的做法即為頻譜分析。聲信號處理中通常采用離散傅里葉變換（DiscreteFourierTransform,DFT）對檢測信號進(jìn)行頻域分析：

式中，X(k)是離散頻譜的第k個值，x(n)是時域采樣的第n個值。時域與頻域的采樣數(shù)目相同均為N。

（k＝0,1,…N-1）

（n＝0,1,…N-1）四、聲發(fā)射信號處理技術(shù)30（二）小波分析技術(shù)小波變換同時具有在時域和頻域描述信號局部特征的能力，既可以反映出某個局部時間范圍內(nèi)信號的頻譜信息，又可以給出某一頻率范圍內(nèi)信息對應(yīng)的時域信息情況。定義任意平方可積的函數(shù)為，其傅利葉變換為，如果滿足：式中，是小波基函數(shù)，將進(jìn)行伸縮和平移后可以得到一個小波序列：式中，a是尺度因子，b是時間因子。對于任意平方可積的函數(shù)，其連續(xù)小波變換的定義為：若對a和b進(jìn)行離散化處理，則可定義的離散小波變換函數(shù)。由于小波函數(shù)具有可變的時窗和頻窗，因此小波變換在時域和頻域同時具有良好的局部化特性，

對于含有瞬態(tài)變化特征的聲發(fā)射信號具有較好的適用性。四、聲發(fā)射信號處理技術(shù)31（三）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別分析技術(shù)研究人員通過對大量的聲發(fā)射信號進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別分析，發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)能夠?qū)δ承┞暟l(fā)生源的性質(zhì)進(jìn)行判斷。在眾多人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，誤差反向傳播（backpropagation，BP）訓(xùn)練算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用較為廣泛，該模型包含輸入層、隱含層和輸出層，其中隱含層內(nèi)可以包含一層或多層神經(jīng)節(jié)點。采用該方法可以對壓力容器產(chǎn)生聲發(fā)射源信號的機(jī)制進(jìn)行定量分析，包括表面裂紋、深埋裂紋、夾渣未焊透、殘余應(yīng)力和機(jī)械撞擊摩擦等。第四節(jié)聲發(fā)射檢測的應(yīng)用32一、聲發(fā)射在材料特性研究中的應(yīng)用（一）材料脆性表征聲發(fā)射技術(shù)特別適用于監(jiān)測脆性材料失穩(wěn)開裂演化過程，可以連續(xù)、實時地監(jiān)測載荷作用下脆性材料內(nèi)部微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，而且可以對其破壞位置進(jìn)行定位。（二）材料損傷表征聲發(fā)射特征參數(shù)可用于表征金屬構(gòu)件的損傷演化，可以通過試件在某一特定荷載或特定時刻的累積聲發(fā)射參數(shù)與最大荷載作用時的聲發(fā)射累積參數(shù)的比值，來表征材料的損傷狀態(tài)。此外，應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)還可以研究應(yīng)力腐蝕斷裂，氫脆斷裂和監(jiān)測馬氏體相變等。第四節(jié)聲發(fā)射檢測的應(yīng)用33二、聲發(fā)射在焊接質(zhì)量檢測中的應(yīng)用（一）焊接質(zhì)量監(jiān)測聲發(fā)射技術(shù)可以通