聲發(fā)射基本介紹

1、2、1聲發(fā)射檢測(cè)得基本原理當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受應(yīng)力作用時(shí)，由于其微觀結(jié)構(gòu)得不均勻及缺陷得存在，導(dǎo)致局 部產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成不穩(wěn)定得應(yīng)力分布。當(dāng)這種不穩(wěn)定狀態(tài)下得應(yīng)變能積累到 一定程度時(shí)，不穩(wěn)定得高能狀態(tài)一定要向穩(wěn)定得低能狀態(tài)過(guò)渡，這種過(guò)渡通常就是 以塑性變形、相變、裂紋得開(kāi)裂等形式來(lái)完成。在此過(guò)程中，應(yīng)變能被釋放，其中一部分以應(yīng)力波得形式釋放出來(lái)，這種以彈性應(yīng)力波得形式釋放應(yīng)變能得現(xiàn)象叫 做聲發(fā)射，也叫應(yīng)力波發(fā)射。固體材料產(chǎn)生局部變形時(shí)，不僅產(chǎn)生體積變形，而且會(huì) 產(chǎn)生剪切變形，因此會(huì)激起兩種波，即縱波（又稱(chēng)壓縮波）與橫波（剪切波）。產(chǎn)生這種 波得部位叫作聲發(fā)射源。這種縱波與橫波從聲發(fā)射源產(chǎn)生后通過(guò)材

2、料介質(zhì)向周?chē)?傳播，-部分通過(guò)介質(zhì)直接傳到安放在固體表面得傳感器，形成檢測(cè)信號(hào)，還有一部 分傳到表面后會(huì)產(chǎn)生折射，一部分形成折射波返回到材料內(nèi)部，另一部分則形成表 面波（又稱(chēng)瑞利波），表面波沿著介質(zhì)得表面?zhèn)鞑?，并到達(dá)傳感器，形成檢測(cè)信號(hào)。通 過(guò)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行探測(cè)、記錄與分析就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料進(jìn)行損傷評(píng)價(jià)與研究。其 原理如圖所示聲發(fā)射薄一材料中傳播一傳感器鶴合一 傳感器數(shù)據(jù)顯示- 信號(hào)虻理一聲發(fā)射采集一前置放大器圖2、1聲發(fā)射檢測(cè)原理Fig、2、I AE detecting schematic材料在應(yīng)力作用下得變形與開(kāi)裂就是結(jié)構(gòu)失效得重要機(jī)制。這種直接與變形 與斷裂機(jī)制有關(guān)得源，通常稱(chēng)為傳統(tǒng)意義上

3、得聲發(fā)射源。近年來(lái)，流體泄漏、摩擦、 撞擊、燃燒等與變形與斷裂機(jī)制無(wú)直接關(guān)系得另一類(lèi)彈性波源 ，也歸到聲發(fā)射源 范疇，稱(chēng)為其它聲發(fā)射源或二次聲發(fā)射源。2、2聲發(fā)射信號(hào)處理聲發(fā)射信號(hào)就是一種復(fù)雜得波形，包含著豐富得聲發(fā)射源信息，同時(shí)在傳播得 過(guò)程中還會(huì)發(fā)生畸變并引入干擾噪聲。如何選用合適得信號(hào)處理方法來(lái)分析聲發(fā) 射信號(hào)，從而獲取正確得聲發(fā)射源信息，一直就是聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)發(fā)展中得難點(diǎn)。 根據(jù)分析對(duì)象得不同，可把聲發(fā)射信號(hào)處理與分析方法分為兩類(lèi)：一就是聲發(fā)射信 號(hào)波形分析，根據(jù)所記錄信號(hào)得時(shí)域波形及與此相關(guān)聯(lián)得頻譜、相關(guān)函數(shù)等來(lái)獲 取聲發(fā)射信號(hào)所含信息得方法，如FFT變換,小波變換等；二就是聲發(fā)射信

4、號(hào)特征 參數(shù)分析，利用信號(hào)分析處理技術(shù)，由系統(tǒng)直接提取聲發(fā)射信號(hào)得特征參數(shù)，然后 對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)得到聲發(fā)射源得信息。 很多聲發(fā)射源得特性可以用這 些參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述，為工程實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)極大得方便。2、2、1聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)分析圖2、2 AE信號(hào)參數(shù)Fig、2、2 AE signal parameters、參數(shù)分析就是目前聲發(fā)射信號(hào)分析較為常用得方法，它就是波形方法得簡(jiǎn)述。根據(jù)波形提取幾個(gè)相關(guān)得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以簡(jiǎn)化得波形特征參數(shù)來(lái)表示聲發(fā)射信 號(hào)得特征，然后對(duì)其進(jìn)行分析與處理得到聲發(fā)射源得相關(guān)信息。圖2、2為聲發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化波形參數(shù)得定義，常用得聲發(fā)射參數(shù)包括：撞擊（波形）計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、 能量

5、、幅度、峰值頻率、持續(xù)時(shí)間、上升時(shí)間、門(mén)檻等。各參數(shù)得含義及用途見(jiàn) 表2、1所示。表2、1 AE信號(hào)參數(shù)Tab、2、1 AE parameters參數(shù)含義特點(diǎn)與用途撞擊計(jì)數(shù)超過(guò)閥值并使某一通道獲取數(shù) 據(jù)得任何信號(hào)稱(chēng)為一個(gè)波擊， 可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率反映AE活動(dòng)得總量與頻度， 常用于AE活動(dòng)性評(píng)價(jià)事件計(jì)數(shù)由一個(gè)或幾個(gè)波擊鑒別所得AE事件得個(gè)數(shù)，可分為總計(jì) 數(shù)、計(jì)數(shù)率反映AE事件得總量與頻度， 用于源得活動(dòng)性與定位集中 度評(píng)價(jià)振鈴計(jì)數(shù)越過(guò)門(mén)檻信號(hào)得振蕩次數(shù)，可 分為總計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)率粗略反映信號(hào)強(qiáng)度與頻度，廣 泛用于AE活動(dòng)性評(píng)價(jià)，但甚 受門(mén)檻得影響幅值事件信號(hào)波形得最大振幅值，通常 用dB表示直接決

6、定事件得可測(cè)性，常用 于波源得類(lèi)型鑒別、強(qiáng)度及衰 減得測(cè)量能量計(jì)數(shù)事件信號(hào)檢波包絡(luò)線(xiàn)下得面 積，可分為總計(jì)數(shù)與計(jì)數(shù)率反映事件得相對(duì)能量或強(qiáng)度。 可取代振鈴計(jì)數(shù)，也用于波源 得類(lèi)型鑒別持續(xù)時(shí)間事件信號(hào)第一次越過(guò)門(mén)檻到最 終降至門(mén)檻所經(jīng)歷得時(shí)間間 隔，以 e表示與振鈴計(jì)數(shù)十分相似，但常用 于特殊波源類(lèi)型與噪聲鑒別上升時(shí)間事件信號(hào)第一次越過(guò)門(mén)檻至最 大振幅所經(jīng)歷得時(shí)間間隔，以e 表示因甚受傳播得影響而其物理 意義變得不明確，有時(shí)用于機(jī) 電噪聲鑒別有效值電壓RMS采樣時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平得均方根 值，以 V表示與AE得大小有關(guān)。不受門(mén)檻 得影響，主要用于連續(xù)型 AE 活動(dòng)性評(píng)價(jià)平均信號(hào)電平ASL采樣時(shí)間內(nèi)信

7、號(hào)電平得均值， 以dB表示對(duì)幅度動(dòng)態(tài)范圍要求咼而時(shí) 間分辨率要求不高得連續(xù)型 信號(hào)，尤為有用。也用于背景 噪聲水平得測(cè)量時(shí)差同一個(gè)AE波到達(dá)各傳感器得 時(shí)間差，以 Q表示決定于波源得位置、傳感器間距與傳播速度，用于波源得位置計(jì)算外變量試驗(yàn)過(guò)程外加變量，包括經(jīng)歷 時(shí)間、載荷、位移、溫度及疲 勞周次不屬于信號(hào)參數(shù)，但屬于波擊 信號(hào)參數(shù)得數(shù)據(jù)集，用于AE 活動(dòng)性分析2、2、2聲發(fā)射信號(hào)波形分析信號(hào)波形分析得常用方法包括時(shí)域分析、頻譜分析與時(shí)頻分析，它們各自具有不同得特點(diǎn)。時(shí)域分析就是最直觀、最容易理解得信號(hào)表達(dá)形式。在一些對(duì)幅 值感興趣得工程問(wèn)題中，這種描述最為有用，例如結(jié)構(gòu)振動(dòng)得位移、加速度等。但

8、 就是它沒(méi)有任何頻率信息，瞧不到信號(hào)得成分，不利于分析振源、振動(dòng)傳遞與頻率得關(guān)系等問(wèn)題。頻譜分析一般通過(guò)傅里葉變換把信號(hào)映射到頻域加以分析,雖然這種方法能夠?qū)r(shí)域特征與頻域特征聯(lián)系起來(lái) ,能分別從信號(hào)得時(shí)域與頻域觀察 , 但卻不能表述信號(hào)得時(shí) -頻局部性質(zhì) ,而這恰恰就是非平穩(wěn)信號(hào)最根本與最關(guān)鍵得 性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上 ,人們對(duì)傅立葉分析進(jìn)行了推廣 ,提出了很多能表征時(shí)域與頻域 信息得信號(hào)分析方法 ,如短時(shí)傅立葉變換 ,Gabor 變換,小波變換等。 1、連續(xù)小波變換設(shè), 基傅立葉變換為 ,當(dāng)滿(mǎn)足容許條件（2、1）時(shí), 我們稱(chēng)為一個(gè)基本小波或母小波。由容許性條件可知: 具有衰減性 , 為此稱(chēng)之“小

9、” ; 同時(shí) , 具有震蕩性 , 故稱(chēng)之為“波” ; 將母函數(shù) 經(jīng)伸縮與平移后得 :（2、 2）稱(chēng)其為一個(gè)小波序列。其中 a 為伸縮因子 ,b 為平移因子。對(duì)于任意得函數(shù)得連 續(xù)小波變換為 :（2、 3）其重構(gòu)公式 （ 逆變換） 為:（2、 4）從定義上可瞧出 ,小波變換也就是一種積分變換 ,小波分解得過(guò)程就就是不斷 地改變小波窗得中心 （即時(shí)移 ）與尺度后與信號(hào)相乘作積分運(yùn)算 ,從而得到信號(hào)在 每一個(gè)頻率尺度下任意時(shí)刻得信號(hào)成分。小波分解得結(jié)果反映了信號(hào)在尺度 a（頻 率）與位置b（時(shí)間）得狀態(tài)2、離散小波變換在實(shí)際運(yùn)用中 ,檢測(cè)信號(hào)都就是離散得試件序列 ,因此在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行小波分 析時(shí) ,

10、連續(xù)小波必須加以離散化。需要強(qiáng)調(diào)指出得就是 ,這一離散化都就是針對(duì)連 續(xù)得尺度參數(shù)a與連續(xù)平移參數(shù)6得,而不就是針對(duì)時(shí)間變量t得。通常,把連續(xù)小波變換中尺度參數(shù)a與平移參數(shù)b得離散公式分別取作，這里, 擴(kuò)展步長(zhǎng)就是固定值 ,為方便起見(jiàn) ,總就是假定。所以對(duì)應(yīng)得離散小波函數(shù)既可寫(xiě) 作:（2、5）則稱(chēng)（2、6）為 f（t） 得離散小波變換。離散化得連續(xù)小波變換以一定方式對(duì)（a, b）進(jìn)行離散采樣T采用得網(wǎng)格采樣 取, 即對(duì)小尺度得高頻成分采樣步長(zhǎng)小 , 而對(duì)大尺度得低頻成分采樣步長(zhǎng)大。最常用得就是二進(jìn)制得動(dòng)態(tài)采樣網(wǎng)格 :, 每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)得尺度為而平移為。 將離散化數(shù)取得離散小波稱(chēng)為二進(jìn)小波。3、

11、小波變換得多分辨分析多分辨率分析得具體實(shí)現(xiàn)就是把信號(hào)f（t）通過(guò)一個(gè)低通濾波器H與一個(gè)高通 濾波器G分別得到信號(hào)得低頻成分 A（t）,與信號(hào)得高頻成分D（t）,濾波器則由小波 基函數(shù)決定。若在一次小波變換完成后，低頻成分A（t）中仍含有高頻成分，則對(duì)A（t）重復(fù)上述過(guò)程 ,直到 A（t） 中不含高頻成分 ,該分解過(guò)程可以表示為（2、7）式中 :就是信號(hào) f 中頻率低于得成分 ,為采樣頻率 ,而則就是頻率介于與之間得 成分,為尺度函數(shù)與小波函數(shù) ,j 表示小波分解級(jí)數(shù)。上式中得系數(shù)由以下遞推公式 推出:（2、 8）式中 : 信號(hào)得時(shí)域波形 ;采樣點(diǎn)數(shù)濾波器得脈沖響應(yīng) ;上式表明 , 信號(hào)按 Ma

12、llat 算法分解 , 分成了不同得頻率成分 , 并將每一級(jí)低 頻率通道再次分解 ,分解級(jí)數(shù)越高 ,頻率劃分就越細(xì) , 越能分解出更低頻得成分。 2、2、3 聲發(fā)射噪聲得排除1、聲發(fā)射噪聲得類(lèi)型聲發(fā)射噪聲類(lèi)型包括 :機(jī)械噪聲與電磁噪聲。機(jī)械噪聲就是指由于物體間得 波擊、摩擦、振動(dòng)所引起得噪聲 ;而電磁噪聲就是指由于靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)所 引起得噪聲。2、聲發(fā)射噪聲得來(lái)源聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中常見(jiàn)得電磁噪聲來(lái)源 :1）由于前置放大器引起得不可避免 得本底電子噪聲 ;2）因檢測(cè)系統(tǒng)與試件得接地不當(dāng)而引起地回路噪聲 ;3）因環(huán)境中 電臺(tái)與雷達(dá)等無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器、 電源干擾、 電開(kāi)關(guān)、繼電器、 馬達(dá)、焊接、電火花

13、、 打雷等引起得電噪聲。聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中常見(jiàn)得機(jī)械噪聲來(lái)源主要有三方面 :摩擦引起得噪聲 ,波擊 引起得噪聲 ,流體過(guò)程產(chǎn)生得噪聲。 1）摩擦噪聲 ,加載裝置在加載過(guò)程中得由于相 對(duì)機(jī)械滑動(dòng)引起得聲響 ,包括 :試樣夾頭、施力點(diǎn)、容器支架、螺絲、裂紋面得閉 合與摩擦等 ;2）波擊噪聲 ,包括:雨、雪、風(fēng)沙、振動(dòng)及人為敲打 ;3）流體噪聲 ,包括: 高速流動(dòng)、泄漏、空化、沸騰、燃燒等。3、噪聲得排除方法噪聲得鑒別與排除 ,就是聲發(fā)射技術(shù)得主要難題 ,現(xiàn)有許多可選擇得軟件與硬 件排除方法。有些須在檢測(cè)前采取措施 ,而有些則要在實(shí)時(shí)或事后進(jìn)行。噪聲得 排除方法、原理與適用范圍見(jiàn)表 2、2。表2、2噪聲得排除方法、原理及適用范圍Tab、2、2 The method, principle and scope of application ofno ise reducti on方法原理適用范圍頻率鑒別選擇濾波器，探頭、前放低頻得機(jī)械噪聲幅度鑒別調(diào)整固定或浮動(dòng)檢測(cè)門(mén)檻值低幅度機(jī)電噪聲前沿鑒別對(duì)信號(hào)波形設(shè)置上升時(shí)間濾 波窗口來(lái)自遠(yuǎn)區(qū)得機(jī)械噪聲或電脈 沖干擾主副鑒別用波到達(dá)主副傳感器得次序 及其門(mén)電路，排除先到達(dá)副傳 感器得信號(hào)，而只采集來(lái)自主 傳感器附近得信號(hào)，屬空間鑒 別來(lái)自特定區(qū)域外得機(jī)械噪聲符合鑒別用