聲發(fā)射檢測ppt.ppt

聲發(fā)射檢測,一、聲發(fā)射檢測原理二、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)射檢測實(shí)驗(yàn)研究,聲發(fā)射檢測AcousticEmissionTesting簡稱AE一、聲發(fā)射檢測的原理材料或結(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出來。,用儀器檢測、記錄、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(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)射傳感器檢測的信號通常為中心頻率為300KHz的超聲波信號。,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。聲發(fā)射檢測的這一特點(diǎn)使其區(qū)別于超聲、X射線、渦流等其它常規(guī)無損檢測方法。由于聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)無損檢測方法，而且，聲發(fā)射信號來自缺陷本身，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。明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號，就可以長期連續(xù)地監(jiān)視缺陷的安全性，這是其它無損檢測方法難以實(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)射檢測幾乎不受材料的限制。利用多通道聲發(fā)射裝置，可以對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。聲發(fā)射檢測的這一特點(diǎn)對大型結(jié)構(gòu)如球罐等檢測特別方便。在利用聲發(fā)射技術(shù)確定缺陷部位后，還可以利用其它無損檢測方法加以驗(yàn)證。當(dāng)然隨著信號處理水平的提高，根據(jù)信號本身的特征，也可以對缺陷的性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行識別。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能夠檢測出活動的缺陷，即材料的斷裂和裂紋的擴(kuò)展，從而為使用安全性評價(jià)提供依據(jù)；b可遠(yuǎn)距離操作，長期監(jiān)控設(shè)備允許狀態(tài)和缺陷擴(kuò)展情況；c無法探測靜態(tài)缺陷；d設(shè)備價(jià)格昂貴；f聲發(fā)射檢測完成后，一般需要常規(guī)無損檢測方法（UT）復(fù)驗(yàn)。e檢測過程中干擾因素較多；很多情況伴隨有各種干擾噪聲信號，如機(jī)械摩擦及異物撞擊等。從噪聲中提取或識別感興趣的信號是聲發(fā)射的核心。,三、聲發(fā)射檢測技術(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，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)、信號處理技術(shù)對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)對聲源特征和識別沒有采用合適的手段去充分研究，也就無法實(shí)現(xiàn)對缺陷的定性分析。定量的方法也只是對提取的少量參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,因此，為了更加準(zhǔn)確的對檢測對象進(jìn)行定位、定量、定性分析，更加準(zhǔn)確的對檢測對象進(jìn)行無損評價(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)檢測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字信號處理（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。通過對聲發(fā)射信號的全部采集，這樣就不會丟失有用的信息，而且從整個波形信號的細(xì)節(jié)可以運(yùn)用現(xiàn)代信號分析手段進(jìn)行處理，達(dá)到對缺陷定量、定性、定位的目的。,波形分析是指通過分析AE信號的時(shí)域波形或頻譜特征來獲取信息的一種信號處理方法。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υO(shè)備材料的檢驗(yàn)，波形分析技術(shù)可能會對識別聲發(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，再進(jìn)行數(shù)字信號處理，最后把信號輸入計(jì)算機(jī)通過軟件設(shè)計(jì)，對檢測缺陷進(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）傳感器就是用來把聲發(fā)射產(chǎn)生的彈性波信號接收下來并轉(zhuǎn)換成電信號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)射信號經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成電信號后，其輸出低至十幾微伏。這樣微弱的信號若經(jīng)過長電纜輸送，可能衰減到無法分辨出信號和噪聲。設(shè)置前置放大器的目的是為了增大信噪比，增加微弱信號的抗干擾能力。,2019/11/24,14,可編輯,3主放大器電信號經(jīng)前置放大器和電纜長途傳播后進(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（模擬信號）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。5軟件系統(tǒng)對采集的數(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)行無損檢測和安全評定（2）巖石：研究巖石的受力和破壞特性，對巖石塌方進(jìn)行預(yù)測預(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：通過測量磁聲發(fā)射的信號，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，對陶瓷材料進(jìn)行無損評估；,（8）核工業(yè)領(lǐng)域：對核容器和管道的泄漏進(jìn)行監(jiān)測，對核壓力容器進(jìn)行無損檢測和安全評定；（9）焊接過程控制：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測焊接過程中金屬冷卻產(chǎn)生的聲發(fā)射信號來控制焊接質(zhì)量；（10）機(jī)械加工：通過探測機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，監(jiān)測刀具的磨損情況；（11）機(jī)械診斷：通過監(jiān)測機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，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，無損檢測和評價(jià)骨關(guān)節(jié)的狀況。,五、壓力管道泄露的聲發(fā)射檢測實(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，然而管道經(jīng)長期使用，常常發(fā)生泄漏事故，以自來水管道為例，據(jù)統(tǒng)汁世界各大城市自來水的損失率在20左右。使用常規(guī)無損檢測方法（如超聲、漏磁檢測爬機(jī)等）對管道泄漏檢測有著眾多的優(yōu)勢，但都存在一個嚴(yán)重的不足：檢測過程為逐點(diǎn)掃描，因此不可能有效地用于成千上萬km的管道檢測而聲發(fā)射作為一種動態(tài)無損檢測力法，對于壓力管道的泄漏檢測具有潛在的特殊效果，因此對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)物理模型來描述問題的各個方面幾乎不可能。根據(jù)實(shí)際問題特點(diǎn)，建立壓力管道泄漏聲發(fā)射檢測簡化實(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）通過對聲發(fā)射傳感器接收到信號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)射傳感器檢測信號的強(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)象可能與液體流動特性及固液耦合