聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料課件

聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射信號的頻率—幾HZ到數(shù)MHZ，包括次聲頻、聲頻（20HZ—20KHZ）、超聲頻。聲發(fā)射信號幅度—從微觀的位錯運動到大規(guī)模的宏觀斷裂，變化范圍很大，波長范圍從10-13m的微觀位錯運動到1m量級的地震波；傳感器的輸出可包括數(shù)μv到數(shù)百mv。不過多數(shù)聲發(fā)射信號為只能用高靈敏度傳感器才能探測到的微弱振動。聲發(fā)射檢測技術(shù)——用儀器探測、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)。聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的1聲發(fā)射信號的頻率—幾HZ到數(shù)MHZ，包括次聲頻、聲頻（20HZ—20KHZ）、超聲頻。聲發(fā)射信號幅度—從微觀的位錯運動到大規(guī)模的宏觀斷裂，變化范圍很大，波長范圍從10-13m的微觀位錯運動到1m量級的地震波；傳感器的輸出可包括數(shù)μv到數(shù)百mv。不過多數(shù)聲發(fā)射信號為只能用高靈敏度傳感器才能探測到的微弱振動。聲發(fā)射檢測技術(shù)——用儀器探測、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)。聲發(fā)射信號的頻率—幾HZ到數(shù)MHZ，包括次聲頻、聲頻（20H2聲發(fā)射效應(yīng)KaiserEffect——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。FelicityEffect——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)。（PAE／Pmax），稱為費利西蒂比。PAE／Pmax<0.95作為聲發(fā)射源超標(biāo)的重要判據(jù)。聲發(fā)射效應(yīng)KaiserEffect——材料被重新加載期間，32聲發(fā)射檢測的基本原理原理：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，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機械振動轉(zhuǎn)換為電信號，然后再被放大、處理和記錄。根據(jù)觀察到的聲發(fā)射信號進行分析與推斷以了解材料產(chǎn)生聲發(fā)射的機制。2聲發(fā)射檢測的基本原理原理：從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波43聲發(fā)射檢測的的主要目的①確定聲發(fā)射源的部位；②分析聲發(fā)射源的性質(zhì)；③確定聲發(fā)射發(fā)生的時間或載荷；④評定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性。一般而言，對超標(biāo)聲發(fā)射源，要用其它無損檢測方法進行局部復(fù)檢，以精確確定缺陷的性質(zhì)與大小。GB18182：檢測由金屬壓力容器壓力管道的器壁、焊縫、裝配的零部件等表面和內(nèi)部產(chǎn)生的聲發(fā)射源，并確定聲發(fā)射源的部位及劃分綜合等級。

3聲發(fā)射檢測的的主要目的①確定聲發(fā)射源的部位；54聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(1)聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)檢驗方法；(2)聲發(fā)射檢測方法對線性缺陷較為敏感；(3)聲發(fā)射檢測在一次試驗過程中能夠整體探測和評價整個結(jié)構(gòu)中缺陷的狀態(tài)；(4)可提供缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實時或連續(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；4聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點64聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(5)適于其它方法難于或不能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒等環(huán)境；(6)對于在役壓力容器的定期檢驗，聲發(fā)射檢驗方法可以縮短檢驗的停產(chǎn)時間或者不需要停產(chǎn)；(7)對于壓力容器的耐壓試驗，聲發(fā)射檢驗方法可以預(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)適于檢測形狀復(fù)雜的構(gòu)件。

4聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點7聲發(fā)射技術(shù)的缺點(1)對數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗。因為聲發(fā)射特性對材料甚為敏感，又易受到機電噪聲的干擾。(2)聲發(fā)射檢測，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，還需要特作準(zhǔn)備；(3)聲發(fā)射檢測目前只能給出聲發(fā)射源的部位、活性和強度，不能給出聲發(fā)射源內(nèi)缺陷的性質(zhì)和大小，仍需依賴于其它無損檢測方法進行復(fù)驗。

4聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的缺點4聲發(fā)射技術(shù)的特點8

5聲發(fā)射檢測方法和其它常規(guī)無損檢測方法的特點對比

聲發(fā)射檢測方法其它常規(guī)無損檢測方法缺陷的增長／活動缺陷的存在與作用應(yīng)力有關(guān)與缺陷的形狀有關(guān)對材料的敏感性較高對材料的敏感性較差對幾何形狀的敏感性較差對幾何形狀的敏感性較高需要進入被檢對象的要求較少需要進入被檢對象的要求較多進行整體監(jiān)測進行局部掃描主要問題：噪聲、解釋主要問題：接近、幾何形狀5聲發(fā)射檢測方法和其它常規(guī)無損檢測方法的特點對比9第二章

聲發(fā)射檢測的物理基礎(chǔ)第二章

聲發(fā)射檢測的物理基礎(chǔ)10第一節(jié)材料的結(jié)構(gòu)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。在晶粒內(nèi)部，有可能存在各種不同材料的微小的夾雜物，例如，鐵素體鋼中的部分碳可以形成Fe3C（碳化鐵），它具有自已的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并在局部位置上代替了鐵素體晶格。夾雜對金屬的機械性能具有非常大的影響。第一節(jié)材料的結(jié)構(gòu)晶界——晶粒之間的界面稱為晶界。典型11第二節(jié)材料力學(xué)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。應(yīng)力的單位：Kg/cm2和Mpa。與壓強的單位相同。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。

第二節(jié)材料力學(xué)應(yīng)力——材料單位面積上所受的作用力。物12第二節(jié)材料力學(xué)材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線(應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系)第二節(jié)材料力學(xué)材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線(應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系)13第三節(jié)材料彈性和塑性變形彈性變形——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，材料的應(yīng)力達(dá)到或超過了材料的屈服點，材料產(chǎn)生的塑性變形，材料也不能回復(fù)到原來的狀態(tài)。

第三節(jié)材料彈性和塑性變形彈性變形——材料在應(yīng)力作用下14第三節(jié)材料彈性和塑性變形大量位錯運動的結(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

第三節(jié)材料彈性和塑性變形大量位錯運動的結(jié)果將導(dǎo)致材料15第三節(jié)材料彈性和塑性變形孿生變形孿生產(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。

第三節(jié)材料彈性和塑性變形孿生變形16第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布——內(nèi)部帶有裂紋的材料在受到應(yīng)力作用時，應(yīng)力場必定要“圍繞著”裂紋的邊界產(chǎn)生集中，應(yīng)力的集中作用將使裂紋尖端的材料產(chǎn)生變形，甚至破壞，而這時材料的其它部位還都處于強性范圍以內(nèi)。在材料整體處于彈性范圍時，裂紋和類似的缺陷確已經(jīng)產(chǎn)生了聲發(fā)射信號。

第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布——內(nèi)部17第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布圖

第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布圖18第三節(jié)材料彈性和塑性變形

臨界裂紋——是指達(dá)到這一點后，裂紋將很快地前進擴展，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)力場的強度通過“應(yīng)力強度因子”K來描述，K值與作用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，在這個力的作用下裂紋將很快擴展，同時部件將立刻斷裂。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”裂紋擴展——就是發(fā)生在裂紋臨界擴展發(fā)生以前的擴展。能引起亞臨界裂紋擴展的條件下如下：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

第三節(jié)材料彈性和塑性變形臨界裂紋——是指達(dá)到這一19斷裂方式的示意

脆性沿晶斷裂塑性沿晶斷裂斷裂方式的示意脆性沿晶斷裂20斷裂方式的示意

拉應(yīng)力作用下的切應(yīng)力作用下的塑性穿晶斷裂塑性穿晶斷裂斷裂方式的示意拉應(yīng)力作用下的21斷裂方式的示意解理斷裂疲勞斷裂斷裂方式的示意解理斷裂22第四節(jié)聲發(fā)射源聲發(fā)射源分類——穩(wěn)態(tài)源、動態(tài)源。穩(wěn)態(tài)源模型——將源看作一個能量發(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。動態(tài)源模型——是應(yīng)用局域在源附近隨時間變化的應(yīng)力應(yīng)變場，計算與源的行為有關(guān)的動力學(xué)變化，叫動態(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、外加磁場等來提供。第四節(jié)聲發(fā)射源聲發(fā)射源分類——穩(wěn)態(tài)源、動態(tài)源。23穩(wěn)態(tài)源模型的聲發(fā)射源事件的能量分配過程（裂紋擴展期間釋放應(yīng)變能）

晶格應(yīng)變能

新斷口表面能

熱能

彈性波能分配過程

源事件應(yīng)變能釋放

穩(wěn)態(tài)源模型的聲發(fā)射源事件的能量分配過程晶格應(yīng)變能分配過程24突發(fā)聲發(fā)射信號——聲發(fā)射事件信號是斷續(xù)，且在時間上可以分開，那么這種信號就叫突發(fā)聲發(fā)射信號。連續(xù)聲發(fā)射信號——如果大量的聲發(fā)射事件同時發(fā)生,且在時間上不可分辨，這些信號就叫做連續(xù)聲發(fā)射信號。實際上連續(xù)型聲發(fā)射信號也是由大量小的突發(fā)型信號組成的，只不過太密集不能單個分辨而已。聲發(fā)射信號動態(tài)范圍——材料內(nèi)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號具有很寬的動態(tài)范圍，其位移幅度可以從小于10-15m到10-9m,達(dá)到106量級（120dB）的范圍。突發(fā)聲發(fā)射信號——聲發(fā)射事件信號是斷續(xù)，且在時間上可以分開，25突發(fā)聲發(fā)射信號連續(xù)聲發(fā)射信號

突發(fā)聲發(fā)射信號連續(xù)聲發(fā)射信號26晶體材料中的聲發(fā)射源

滑移變形孿生變形裂紋形成裂紋亞臨界擴展裂紋失穩(wěn)擴展第二相質(zhì)點（或夾雜物斷裂或脫開）馬氏體相變、貝氏體相變等磁疇運動

相變磁效應(yīng)斷裂金屬塑性變形晶體材料晶體材料中的聲發(fā)射源滑移變形相變磁效應(yīng)斷裂金屬塑性變形晶體27非金屬材料中的聲發(fā)射源這些材料均為脆性材料，其強度很高，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。非金屬材料中的聲發(fā)射源28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。與常規(guī)材料相比，復(fù)合材料具有強度高、疲勞性能和抗腐蝕性能好等優(yōu)點，而且容易制造出結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的部件。

1、擴散增強和顆粒增強復(fù)合材料的聲發(fā)射源主要包括：基體開裂和第2相顆粒和基體的脫開。2、纖維增強復(fù)合材料中的聲發(fā)射源主要包括以下7類：①基體開裂②纖維和基體的脫開③纖維拔出④纖維斷裂⑤纖維松弛⑥分層⑦摩擦復(fù)合材料中的聲發(fā)射源29纖維增強復(fù)合材料中的聲發(fā)射源

纖維增強復(fù)合材料中的聲發(fā)射源30其它聲發(fā)射源①流體介質(zhì)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裂紋閉合這是在聲發(fā)射檢測過程中有可能經(jīng)常遇到的。其它聲發(fā)射源31第五節(jié)波的傳播波——就是材料質(zhì)點離開平衡位置的運動（振動）在材料中的傳播?？v波（壓縮波）——質(zhì)點的振動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。第五節(jié)波的傳播波——就是材料質(zhì)點離開平衡位置的運動（32橫波（剪切波）——質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，只能在固體介質(zhì)中傳播。橫波（剪切波）——質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，只能在固33表面波（瑞利波）——質(zhì)點的振動軌跡呈橢圓形，沿深度約為1～2個波長的固體近表面?zhèn)鞑?，波的能量隨傳播深度增加而迅速減弱。表面波（瑞利波）——質(zhì)點的振動軌跡呈橢圓形，沿深度約為1～234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，它在整個物體內(nèi)傳播，質(zhì)點作橢圓軌跡運動，按質(zhì)點的振動特點可分為對稱型（擴展波）和非對稱型（彎曲波）兩種。

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35聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料課件36近場脈沖響應(yīng)

點力階躍脈沖力源F0H(t)作用于板時，板表面將產(chǎn)生相當(dāng)復(fù)雜的運動，在材料表面上產(chǎn)生的位移迅速變化，這是理論與實驗相符的唯一的情況。Knopoff給出了在力作用點對面的垂直方向質(zhì)點位移，這一情況對聲發(fā)射技術(shù)是十分有意義的，它通常用于聲發(fā)射傳感器的預(yù)標(biāo)定。式中括號內(nèi)第一項是縱波貢獻分量，而第二項是橫波貢獻，在板中來回反射的波的貢獻（第三項之后）在式中略去。})1()1(4)12()/()1)(1(2)1()1(4)22()/()22({2)0,(212222221222212222222220ayyyybtHayyyawwwawbtHawwbFbUz+-----+----+---+--+-=---bapm近場脈沖響應(yīng)式中括號內(nèi)第一項是縱波貢獻分量，而第二項是橫37點脈沖加載的源

TIME2.0沖擊載荷點脈沖加載的源TIME2.0沖擊載荷38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)與力的大小成正比。表面階躍力源在厚板對面產(chǎn)生的垂直位移。P、S分別相應(yīng)于縱波、橫波到達(dá)時刻

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39反射和折射——聲發(fā)射源處產(chǎn)生的縱波和橫波。它們傳播到不同材料界面時，可產(chǎn)生反射、折射。

LSL鋼有機玻璃反射和折射——聲發(fā)射源處產(chǎn)生的縱波和橫波。它們傳播到不同材料40聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料課件41各種反射波和折射波方向都符合反射、折射定律。以下是縱波入射時的反射折射定律公式：sinαL/CL1=sinα

’L/CL1=sinα

’S/CS1=sinβL/CL2=sinβs/Cs2

CL1、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。

αL、

α

’L—縱波入射角、反射角。橫波。βL、

βs—縱波、橫波折射角。α

’S—橫波反射角。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42當(dāng)超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射波外，還會產(chǎn)生不同類型的反射和折射波，這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。

當(dāng)超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射波外，還43波形變換（模式轉(zhuǎn)換）聲發(fā)射源處同時產(chǎn)生縱波和橫波兩種。兩種入射波除各自產(chǎn)生反射（或折射）縱波與橫波外，在半無限體自由表面上，一定的條件下還可轉(zhuǎn)換成表面波，見圖2.28。厚度接近波長的薄板中又會發(fā)生板波。厚度遠(yuǎn)大于波長的厚壁結(jié)構(gòu)中，波的傳播變得更為復(fù)雜厚板中傳播波形變換（模式轉(zhuǎn)換）厚板中傳播44聲發(fā)射波經(jīng)界面反射、折射和模式轉(zhuǎn)換，各自以不同波速、不同波程、不同時序到達(dá)傳感器。聲發(fā)射波經(jīng)傳播到探頭后，聲發(fā)射信號波形的上升時間變慢，幅度下降、持續(xù)時間變長、到達(dá)時間延遲、頻率成份向低頻偏移。這種變化，不僅對聲發(fā)射波形的定量分折，而且對波形的常規(guī)參數(shù)分析也帶來復(fù)雜的影響，應(yīng)予以充分注意。

聲發(fā)射波經(jīng)界面反射、折射和模式轉(zhuǎn)換，各自以不同波速、不同波程45Vt——縱波速度；t——橫波速度；

——泊松比；E

——楊氏模量；G

——切變模量；——密度。波速＝頻率波長（C=f

）。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。）－）（＋（ssrsr2111-=EVlrsruGEt＝）＋（121=Vt——縱波速度；t——橫波速度；——泊46常用材料的聲速和聲阻抗表

材料縱波橫波

聲阻抗kg/m2.s速度Km/sec聲阻抗kg/m2.s速度Km/sec

空氣0.000430.33－－

水1.481.48－－

油（SAE30）1.51.7－－

鋁3.1

鐵45.45.925.03.2

鑄鐵34.64.519.22.5鋼46.05.925.33.23302不銹鋼45.55.5625.03.12常用材料的聲速和聲阻抗表

材料縱波橫波

聲阻抗kg/m2.47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)射源的時差定位計算，影響定位精度。實際中，難以理論計算，需用實驗測量。實測波速計算出的定位精度一般在傳感器間距的1%—10%。常見容器類屬于二維結(jié)構(gòu)（薄壁），表面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3000m/s。在無法測得波速的情況下，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，時差定位精度較差。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48幾何效應(yīng)——被檢試件或構(gòu)件的幾何形狀對波的傳播有很大的影響，可以產(chǎn)生衍射、反射和折射等，并最終引起波的衰減或疊加。聲發(fā)射在小試件中產(chǎn)生共振波形（駐波）。

幾何效應(yīng)——被檢試件或構(gòu)件的幾何形狀對波的傳播有很大的影響，49第六節(jié)波的衰減衰減——信號的幅值隨著離開聲源距離的增加而減小。衰減與聲發(fā)射檢測的關(guān)系——衰減控制了聲源距離的可檢測性，對于聲發(fā)射檢驗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，整個波前的能量保持不變，但散布在整個波前球面上，隨著波傳播距離的增加，波的幅度必定下降。（平面波無幾何衰減）。第六節(jié)波的衰減衰減——信號的幅值隨著離開聲源距離的增50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)射波的總機械能保持不變。然而，在實際的介質(zhì)中，波傳播的總機械能不能保持不變，而是逐漸衰減。由于質(zhì)點振動內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱彈效應(yīng)，機械能可以被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｈ绻麘?yīng)力超過介質(zhì)的彈性極限，塑性變形也引起機械能的損失。裂紋擴展將波的機械能轉(zhuǎn)換為新的表面能，波與介質(zhì)中位錯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制等都能引起波的能量損失和衰減。無論上述那一種機制引起機械能的損耗，波的幅度都將隨波通過介質(zhì)中的傳播而下降。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),51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——①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)，②障礙物，即容器上的接管、人孔等障礙物也可造成幅度下降。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)52實際工作中聲發(fā)射的衰減測量與應(yīng)用：實際結(jié)構(gòu)中，波的哀減機制很復(fù)雜，難以用理論計算，只能用試驗測得。隨著頻率的增加內(nèi)摩擦也增加，衰減加快。實際工作中傳播衰減的大小，關(guān)系到每個傳感器可監(jiān)視的距離范圍，在源定位中成為確定傳感器間距或工作頻率的關(guān)鍵因素。在實際應(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，對復(fù)合材料的局部監(jiān)視通常采用150kHz的高頻傳感器，而大面積監(jiān)視則采用30kHz的低頻傳感器，對大型構(gòu)件的整體檢測，可相應(yīng)增加傳感器的數(shù)量。

實際工作中聲發(fā)射的衰減測量與應(yīng)用：實際結(jié)構(gòu)中，波的哀減機制很53壓力容器9衰減曲線Ф1200X12.5X12200mm）1.53.04.56.07.5距離（m）壓力容器9衰減曲線Ф1200X12.5X12200mm）54第七節(jié)凱塞(Kaiser)和費利西蒂(Felicity)效應(yīng)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)射機制，則凱賽爾效應(yīng)會消失。凱賽爾效應(yīng)在聲發(fā)射檢測中的應(yīng)用——①在役構(gòu)件的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)力的推定：③疲勞裂紋起始與擴展聲發(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。第七節(jié)凱塞(Kaiser)和費利西蒂(Felic55費利西蒂效應(yīng)——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)，也可認(rèn)為是反凱賽爾效應(yīng)。費利西蒂比——重復(fù)加載時的聲發(fā)射起始載荷（PAE）對原先所加最大載荷（Pmax）之比（PAE／Pmax），稱為費利西蒂比。費利西蒂效應(yīng)的應(yīng)用——費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)重性的重要評定判據(jù)。樹脂基復(fù)合材料等粘彈性材料，由于具有應(yīng)變對應(yīng)力的遲后效應(yīng)而使其應(yīng)用更為有效。費利西蒂比大于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，費利西蒂比小于0.95作為聲發(fā)射源超標(biāo)的重要判據(jù)。

費利西蒂效應(yīng)——材料重復(fù)加載時，重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷56對于凱賽爾效應(yīng)和費利西蒂效應(yīng)的判別：關(guān)鍵是如何定義“明顯”聲發(fā)射。美國CARP（增強塑料聲發(fā)射監(jiān)測委員會）推薦的規(guī)范，提出了三項判據(jù)：1）當(dāng)負(fù)載增加10%，聲發(fā)射超過5個事件計數(shù)；2）當(dāng)負(fù)載增加10%，聲發(fā)射多于20個振鈴計數(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)事件計數(shù)不小于5；2）在10%的載荷增量中事件計數(shù)不小于10。必須指出的是：這些判據(jù)并不是通用的，不同的材料、實驗條件、通道數(shù)、檢測靈敏度，判據(jù)可能相差較大。因此，還需從實際出發(fā)，根據(jù)經(jīng)驗作出自己的判定。對于凱賽爾效應(yīng)和費利西蒂效應(yīng)的判別：關(guān)鍵是如何定義“明顯”聲57第八節(jié)影響聲發(fā)射特性的因素聲發(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：材料，材料不同的聲發(fā)射特性差異很大。即使對同一材料而言，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。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)。對同一試樣作聲發(fā)射試驗，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，也會表現(xiàn)出不同的聲發(fā)射特性。

第八節(jié)影響聲發(fā)射特性的因素聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用均以材料58條件產(chǎn)生高強度信號的因素產(chǎn)生低強度信號的因素

材料特性(內(nèi)部因素)高強度材料各向異性材料不均勻材料鑄造材料大晶粒馬氏體相變核輻照過的材料低強度材料各向同性材料均勻材料鍛造材料細(xì)晶粒括散型相變未輻照過的材料試驗條件(外部因素)高應(yīng)變速率無預(yù)載厚斷面低溫

有腐蝕介質(zhì)低應(yīng)變速率有預(yù)載薄斷面高溫?zé)o腐蝕介質(zhì)

形變和斷裂方式(內(nèi)外部因素綜合作用)孿生變形解理型斷裂有缺陷材料裂紋擴展復(fù)合材料的纖維斷裂非孿生變形剪切型斷裂無缺陷材料塑性變形復(fù)合材料的樹脂斷裂

儀器特性(外部因素)通頻帶寬度傳感器的響應(yīng)模式和頻率系統(tǒng)總增益設(shè)置的閾值電壓影響聲發(fā)射信號強度的因素：條件產(chǎn)生高強度信號的因素產(chǎn)生低強度信號的因素

高強度59第三章

聲發(fā)射波的探測第三章

聲發(fā)射波的探測60聲發(fā)射檢測就是檢測接收聲發(fā)射信號并進行分析得到聲發(fā)射源（缺陷）的信息。tV貯罐油面內(nèi)置前放的傳感器信號電纜線內(nèi)置聲發(fā)射卡計算機系統(tǒng)腐蝕點腐蝕信號聲發(fā)射檢測就是檢測接收聲發(fā)射信號并進行分析得到聲發(fā)射源（缺陷61聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料課件62由于聲發(fā)射信號的每個脈沖都包含著一個頻率譜，這個頻率譜所包括的頻率范圍可以從幾赫茲到幾十個兆赫茲，因此，在進行某項具體的檢測工作時，首先應(yīng)該知道所要檢測的缺陷在外力作用下產(chǎn)生的聲發(fā)射的大致頻率范圍，然后再從這個總范圍內(nèi)選擇一個最適合的頻率窗口，以便濾去噪聲的干擾。一般的機械噪聲和電氣噪聲的頻率都比較低，因此在聲發(fā)射檢測中首先要確定頻率窗口的下限。在頻率窗口確定后，就能依此為根據(jù)來選定傳感器和帶通濾波器。由于聲發(fā)射信號的每個脈沖都包含著一個頻率譜，這個頻率譜所包括63第一節(jié)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)分類——正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)——當(dāng)某些電介質(zhì)沿一定方向受外力作用而變形時，在其一定的兩個表面上產(chǎn)生正負(fù)異號電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象就被稱為正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)——當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場，某些電介質(zhì)在一定的方向上將產(chǎn)生機械變形或機械應(yīng)力，當(dāng)外電場撤去后，變形或應(yīng)力也隨之消失，這種物理現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)的特點——壓電效應(yīng)是可逆的，正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的總稱為壓電效應(yīng)。慣上把正壓電效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。

第一節(jié)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)分類——正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)64壓電常數(shù)——電介質(zhì)受力所產(chǎn)生的電荷與外力的大小成正比，比例系數(shù)為壓電常數(shù)，也稱機械品質(zhì)系數(shù)。它與機械形變方向有關(guān)，對一定材料一定方向則為常量。電介質(zhì)受力產(chǎn)生電荷的極性取決于變形的形式（壓縮或伸長）。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LiNbO3、鎵酸鋰LiGaO3、鍺酸鉍Bi12GeO20等單晶和經(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PZT。壓電常數(shù)——電介質(zhì)受力所產(chǎn)生的電荷與外力的大小成正比，比例系65新型壓電材料：有高分子壓電薄膜（如聚偏二氟乙烯PVDF）和壓電半導(dǎo)體（如ZnO、CdS）。單晶材料的壓電效應(yīng)是由于這些單晶受外應(yīng)力時其內(nèi)部經(jīng)格結(jié)構(gòu)變形，使原來宏觀表現(xiàn)的電中性狀態(tài)被破壞而產(chǎn)生電極化。經(jīng)極化（一定溫度下加以強電場）處理后的壓電陶瓷、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。

新型壓電材料：有高分子壓電薄膜（如聚偏二氟乙烯PVDF）和壓66壓電材料的優(yōu)點——壓電材料制成的壓電轉(zhuǎn)換元件具有自發(fā)電和可逆兩種重要性能，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、固有頻率高、靈敏度和信噪比高等優(yōu)點，壓電材料的缺點——壓電材料制成的壓電轉(zhuǎn)換元件的主要缺點是無靜態(tài)輸出，要求有很高的電輸出阻抗，需用低電容的低噪聲電纜，很多壓電材料的工作溫度只有250℃左右。

壓電材料的優(yōu)點——壓電材料制成的壓電轉(zhuǎn)換元件具有自發(fā)電和可逆67正壓電效應(yīng)的應(yīng)用——利用正壓電效應(yīng)制成的壓電式傳感器，將壓力、振動、加速度等非電量轉(zhuǎn)換成電量，從而進行精密測量。利用正壓電效應(yīng)研制的壓電電源、煤氣爐和汽車發(fā)動機的自動點火裝置等多種電壓發(fā)生器；在測試技術(shù)中，壓電轉(zhuǎn)換元件是一種典型的力敏元件，能測量最終可變換成力的那些物理量，例如壓力、加速度、機械沖擊和振動等，因此在聲學(xué)、力學(xué)、醫(yī)學(xué)和宇航等廣闊領(lǐng)域中都可見到壓電式傳感器的應(yīng)用。正壓電效應(yīng)的應(yīng)用——利用正壓電效應(yīng)制成的壓電式傳感器，將壓力68逆壓電效應(yīng)的應(yīng)用——利用逆壓電效應(yīng)可制成超聲波發(fā)生器、壓電揚聲器、頻率高度穩(wěn)定的晶體振蕩器（如每晝夜誤差<2×10-5s的石英鐘、表）等。逆壓電效應(yīng)可用于聲發(fā)射信號產(chǎn)生。

聲發(fā)射探頭的壓電元件：逆壓電效應(yīng)的應(yīng)用——利用逆壓電效應(yīng)可制成超聲波發(fā)生器、壓電揚69第二節(jié)傳感器傳感器——把聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置稱為傳感器。傳感器工作原理——利用某些物質(zhì)（如半導(dǎo)體、陶瓷、壓電晶體、強磁性體和超導(dǎo)體等）的物理特性隨著外界待測量作用而發(fā)生變化的原理制成的。利用了諸多的效應(yīng)（包括物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)）和物理現(xiàn)象，如利用材料的壓阻、濕敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等效應(yīng)，把應(yīng)變、濕度、溫度、位移、磁場、煤氣等被測量變換成電量。在聲發(fā)射檢測過程中，通常使用的是壓電效應(yīng)。第二節(jié)傳感器傳感器——把聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置70傳感器主要實用技術(shù)參數(shù)——響應(yīng)中心頻率、靈敏度、幅值、自噪聲。選擇傳感器的依據(jù)——檢測目的和環(huán)境選擇不同類型、不同頻率和靈敏度的傳感器。傳感器主要實用技術(shù)參數(shù)——響應(yīng)中心頻率、靈敏度、幅值、自噪聲71傳感器的組成——傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。這些元件的功能是：敏感元件：直接感受被測量，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電物理量，如位移、應(yīng)變、應(yīng)力、光強等轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（包括電路參數(shù)量、電壓、電流等）。轉(zhuǎn)換電路：將電路參數(shù)（如電阻、電感、電容等）量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，例如電壓、電流、頻率等。

傳感器的組成——傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成72有些傳感器只有敏感元件，如熱電偶，它感受被測溫差時直接輸出電動勢。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，例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，如電容式位移傳感器。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件還不只一個，要經(jīng)若干次轉(zhuǎn)換才輸出電量。

有些傳感器只有敏感元件，如熱電偶，它感受被測溫差時直接輸出電73聲發(fā)射傳感器的組成——一般由殼體、保護膜、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。根據(jù)不同的檢測目的和環(huán)境采用不同結(jié)構(gòu)和性能的傳感器。其中，諧振式高靈敏度傳感器是聲發(fā)射檢測中使用最多的一種。

聲發(fā)射傳感器的組成——一般由殼體、保護膜、壓電元件、阻尼塊、741—壓電元件2—殼3—上蓋4—導(dǎo)線5—高頻插座6—吸收劑7—底座8—保護膜聲發(fā)射傳感器的結(jié)構(gòu)——單端諧振式傳感器1—壓電元件2—殼375傳感器的線性——傳感器的輸入端作用是力、位移或者速度，輸出則為電壓?？梢哉J(rèn)為力、位移或者速度轉(zhuǎn)化為電壓的整個系統(tǒng)為線性系統(tǒng)。在分析線性系統(tǒng)時，并不關(guān)心系統(tǒng)內(nèi)部的各種不同的結(jié)構(gòu)情況，而是要研究激勵和響應(yīng)同系統(tǒng)本身特性之間的聯(lián)系。

d(t)

系統(tǒng)T(t)u(t)傳感器輸出u(t)是電學(xué)量的電壓標(biāo)量，輸入d(t)可以是表面原子的位移、力學(xué)量的力矢量F(x,t)、速度矢量V(x,t)等傳感器的線性——傳感器的輸入端作用是力、位移或者速度，輸出則76傳感器靈敏度——|T(ω)|=||T為靈敏度可用對數(shù)表示，ω為頻率，U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。假定傳感器所在區(qū)域的輸入?yún)⒘渴蔷鶆虻?，就可排除與位置的相關(guān)性。（感器有一定的大小，作用在每一點上的力學(xué)量不同，而實際測出的是對作用在作用面上的平均值。傳感器的輸入和它所在的位置有關(guān)）假定傳感器的輸入就是無傳感器時的輸入。（傳感器的是否存在會改變所在部位的輸入的大小）通常聲發(fā)射傳感器采用鋼材進行標(biāo)定。（傳感器與標(biāo)定試塊的機械阻抗匹配影響傳感器的標(biāo)定結(jié)果）

傳感器靈敏度——|T(ω)|=||T為靈敏度可用對數(shù)77傳感器敏度曲線——即頻率—靈敏度曲線。傳感器可以根據(jù)特定的校準(zhǔn)方法，給出頻率—靈敏度曲線，據(jù)此可根據(jù)檢測目的和環(huán)境選擇不同類型、不同頻率和靈敏度的傳感器。

鈮酸鋰傳感器的頻率特性傳感器敏度曲線——即頻率—靈敏度曲線。傳感器可以根據(jù)特定的78聲發(fā)射傳感器敏度要求——在一般情況下，傳感器的靈敏度要求不低于0.5千伏/米.秒-1。前置放大器要求——由傳感器接收到的信號轉(zhuǎn)換為電信號后，由同軸屏蔽電纜饋送給前置放大器。在前置放大器中信號得到放大，提高信噪比。一般要求前置放大器具有40~60分貝的增益，噪聲電平不超過5微伏，并有比較大的輸出動態(tài)范圍和頻率寬度。聲發(fā)射傳感器敏度要求——在一般情況下，傳感器的靈敏度要求不低79傳感器的標(biāo)定——用激勵源對傳感器的技術(shù)參數(shù)進行核準(zhǔn)。傳感器的標(biāo)定方法——因激勵源和傳播介質(zhì)不同，可以組成多種多樣的方法，但是不管哪一種方法，目前都沒有被普遍承認(rèn)。

激勵源——用于激發(fā)聲發(fā)射信號的裝置。激勵源的種類——噪聲源、連續(xù)波源和脈沖波源三種類型。屬于噪聲源的有氦氣噴射、應(yīng)力腐蝕和金鎘合金相變等；連續(xù)波源可以由壓電傳感器、電磁超聲傳感器和磁致伸縮傳感器等產(chǎn)生；脈沖波源可以由電火花、玻璃毛細(xì)管破裂、鉛筆芯斷裂、落球和激光脈沖等產(chǎn)生。

傳感器的標(biāo)定——用激勵源對傳感器的技術(shù)參數(shù)進行核準(zhǔn)。80作為標(biāo)定傳感器用的激勵源要求——在測量的頻率范圍內(nèi)，希望具有恒定的振幅。實際標(biāo)定傳感器用的聲發(fā)射激勵源——脈沖源。脈沖源種類及性質(zhì)——在脈沖源中，激光脈沖設(shè)備昂貴，限制了它的應(yīng)用；玻璃毛細(xì)管很難做到壁厚均勻，在使用中難以獲得良好的重復(fù)性；落球法獲得的信號頻率低；電火花法受氣候、濕度和其它因素影響；鉛筆芯斷裂法受操作人和材料表面條件影響。作為標(biāo)定傳感器用的激勵源要求——在測量的頻率范圍內(nèi)，希望具81斷裂鉛筆芯斷裂鉛筆芯原理：可以產(chǎn)生一個階躍函數(shù)形式的點源力。采用直徑為0.3毫米的、2H石墨鉛筆芯。這種方法簡單、經(jīng)濟、重復(fù)性好，而且調(diào)節(jié)鉛筆芯直徑、長度和傾角就可以改變力的大小和方向。載荷突然釋放的時間與玻璃毛細(xì)管相近（<0.1微秒），適當(dāng)?shù)嘏溆昧σ?guī)也可以測出力的大小。采用階躍點力產(chǎn)生彈性波的格林函數(shù)數(shù)值計算方法，計算40微秒接收波形結(jié)果與實驗相一致。鉛筆芯斷裂源設(shè)備簡單容易攜帶常應(yīng)用于工程應(yīng)用現(xiàn)場的傳感器標(biāo)定。

斷裂鉛筆芯82第三節(jié)傳感器的耦合和安裝聲發(fā)射信號經(jīng)傳輸介質(zhì)、耦合介質(zhì)、換能器、測量電路而獲取，接受到的信號影響因素很多。因此，在傳感器表面和檢測面的耦合以及傳感器的安裝等細(xì)節(jié)方面都要嚴(yán)格要求。

傳輸介質(zhì)m(t),M(ω)耦合介質(zhì)c(t),C(ω)傳感器x(t),X(ω)聲發(fā)射源s(t),S(ω)輸出信號f(t),F(ω)第三節(jié)傳感器的耦合和安裝聲發(fā)射信號經(jīng)傳輸介質(zhì)、耦合介83第三節(jié)傳感器的耦合和安裝耦合劑的作用——充填接觸面之間的微小空隙，不使這些空隙間的微量空氣影響聲波的穿透；其次是通過耦合劑的“過渡”作用，使傳感器與檢測面之間的聲阻抗差減小，從而減小能量在此界面的反射損失。另外，還起到“潤滑”作用，減小傳感器面與檢測面之間的摩擦。

第三節(jié)傳感器的耦合和安裝耦合劑的作用——充填接觸面之84第三節(jié)傳感器的耦合和安裝耦合劑的性能要求如下：(1)

聲衰減系數(shù)小，透聲良好；(2)

聲阻抗介于傳感器的面材與檢測面之間，匹配良好；(3)

粘附力低，容易擦掉；(4)

粘滯性適中，使用時不會流淌，又容易擠出；(5)

保濕性適中，不容易干燥；(6)

外觀上色澤鮮明，透明度高，不含氣泡；(7)

均勻性好，不含顆?；螂s質(zhì)，使用時不堵塞管口；(8)

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??；(9)

不腐蝕或損壞傳感器。第三節(jié)傳感器的耦合和安裝耦合劑的性能要求如下：85第三節(jié)傳感器的耦合和安裝傳感器的固定方法——傳感器的固定方法主要包括機械固定、粘接固定和磁吸附固定方式。選擇何種固定方式主要根據(jù)傳感器的類型和待測面表面情況和對聲發(fā)射信號的影響情況所決定。

第三節(jié)傳感器的耦合和安裝傳感器的固定方法——傳感器的86第三節(jié)傳感器的耦合和安裝波導(dǎo)——有些情況不能將聲發(fā)射傳感器直接放在被測試對象的表面例如高溫、高壓、低溫、表面疏松等，而需要通過波導(dǎo)實現(xiàn)聲聯(lián)接即通過波導(dǎo)接收聲發(fā)射信號。常見的波導(dǎo)有金屬棒或金屬管組成的波導(dǎo)，一端固定（焊接或機械連接）在檢測對象表面，另一端面上放置聲發(fā)射傳感器。

第三節(jié)傳感器的耦合和安裝波導(dǎo)——有些情況不能將聲發(fā)射87第四節(jié)傳感器的分類及選擇傳感器的主要類型——高靈敏度傳感器，是應(yīng)用最多的一種諧振式傳感器；寬頻帶傳感器，通常由多個不同厚度的壓電元件組成，或采用凹球面形與楔形壓電元件達(dá)到展寬頻帶的目的；高溫傳感器，通常由鈮酸鋰或鈦酸鉛陶瓷制成；差動傳感器，是由兩只正負(fù)極差接的壓電元件組成的，輸出相應(yīng)的差動信號，信號因迭加而增大；此外，還有微型傳感器、磁吸附傳感器、低頻抑制傳感器和電容式傳感器等。

第四節(jié)傳感器的分類及選擇傳感器的主要類型——高靈敏度88第四節(jié)傳感器的分類及選擇就聲發(fā)射源定位而言，實際運用中大量遇到的是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的金屬材料（如壓力容器等），這類材料的聲向各向異性較小，聲波衰減系數(shù)也很小，頻帶范圍大多是25KHz～750KHz，因此選用諧振式傳感器比較適合。

諧振式傳感器參數(shù)技術(shù)的基礎(chǔ)歸結(jié)于兩個基本假設(shè)：(1)聲發(fā)射是阻尼正弦波；(2)聲波是以某一固定的速度傳播的。第四節(jié)傳感器的分類及選擇就聲發(fā)射源定位而言，實際運用89第四節(jié)傳感器的分類及選擇根據(jù)上述假設(shè)，對聲發(fā)射信號參數(shù)，如上升時間、峰值幅度、持續(xù)時間等測量、記錄所得到得聲發(fā)射特征是合理的。傳播特性上，諧振傳感器參數(shù)技術(shù)的假設(shè)意味著傳播信號除了單純衰減以外，它的聲波形狀是不變的。它是以不變的波形和不變的聲速獲取聲發(fā)射信號的參數(shù)。事實上，大部分在工程應(yīng)用的構(gòu)件是厚度為2～30mm的板材，在板材中，包括使用廣泛的實驗室試件，傳輸?shù)穆暡ǘ疾皇且粋€單一的傳播模式，而是在每一種模式中包括以不同波速傳播的多種頻率在內(nèi)的多種波形模式，其中在某一特定情況下，某種傳播模式占優(yōu)。

第四節(jié)傳感器的分類及選擇根據(jù)上述假設(shè)，對聲發(fā)射信號參90第四節(jié)傳感器的分類及選擇寬帶響應(yīng)的傳感器——在失去了與源有關(guān)的力學(xué)機理的情況下，用諧振式傳感器來測量聲發(fā)射信號有其它的局限性。為了測量到更加接近真實聲發(fā)射信號來研究聲源特性，就需得使用寬帶傳感器來獲取更廣頻率范圍的信號。寬帶響應(yīng)的傳感器的主要優(yōu)點是采集到的聲發(fā)射信號豐富，全面，當(dāng)然其中也包含著噪聲信號。傳感器是寬帶、高保真位移或速度傳感器以便捕捉到真實的波形。

第四節(jié)傳感器的分類及選擇寬帶響應(yīng)的傳感器——在失去了91第四節(jié)傳感器的分類及選擇寬帶傳感器的幅頻特性曲線

第四節(jié)傳感器的分類及選擇寬帶傳感器的幅頻特性曲線92第四節(jié)傳感器的分類及選擇諧振響應(yīng)的傳感器——屬材料和其它應(yīng)用場合常使用通稱頻率150KHz的諧振式窄帶傳感器來測量工程材料的聲發(fā)射信號，采用計數(shù)、幅度、上升數(shù)據(jù)、持續(xù)數(shù)據(jù)、能量這些傳統(tǒng)的聲發(fā)射參數(shù)。窄帶諧振式傳感器靈敏度較高并且有很高的信噪比，價格便宜，規(guī)格多，如在知曉聲源傳播基本特性、想獲取某一頻帶范圍的AE信號來進行處理或想提高系統(tǒng)靈敏度，選擇合適型號的諧振式傳感器比較好，如聲源定位。應(yīng)當(dāng)指出所謂諧振式窄帶傳感器并不是只對某頻率信號敏感，而是對某頻率帶信號敏感，其它頻率帶信號靈敏度較低。

第四節(jié)傳感器的分類及選擇諧振響應(yīng)的傳感器——屬材料93第四節(jié)傳感器的分類及選擇特殊傳感器——

凡是能將物體表面振動聲波轉(zhuǎn)變成電量的傳感器都可作為聲發(fā)射傳感器，因此那些在超聲檢測領(lǐng)域中的各種類型傳感器都有可能作為聲發(fā)射傳感器，例如光學(xué)原理測物體表面微小位移的傳感器、電磁原理測物體表面微小位移的傳感器等。但由于聲發(fā)射信號相對而言更弱小，大多數(shù)非壓電原理的傳感器靈敏度不夠只能用于特殊情況。

另一類采用壓電原理的特殊聲發(fā)射傳感器為轉(zhuǎn)變指定聲波振動方向的振動量，如平行測試物體表面的振動量和垂直測試物體表面的振動量等。由于這類傳感器的實際效果有待驗證，目前僅見用于研究和特殊情況。

第四節(jié)傳感器的分類及選擇特殊傳感器——凡是能將物體94第四節(jié)傳感器的分類及選擇傳感器的選擇——傳感器的選擇應(yīng)根據(jù)被測聲發(fā)射信號來確定。首先是了解被測聲發(fā)射信號的頻率范圍和幅度范圍，包括有可能存在的噪音信號?？梢允墙?jīng)驗了解，如鋼材中焊接缺陷產(chǎn)生的聲發(fā)射源實驗結(jié)果認(rèn)為信號頻率范圍在25-750KHZ內(nèi)等，但有條件最好實際測試確定。然后選擇相對感興趣的聲發(fā)射信號靈敏、對噪音信號不靈敏的傳感器進行檢測。

第四節(jié)傳感器的分類及選擇傳感器的選擇——傳感器的選擇95謝謝觀賞謝謝觀賞96聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射信號的頻率—幾HZ到數(shù)MHZ，包括次聲頻、聲頻（20HZ—20KHZ）、超聲頻。聲發(fā)射信號幅度—從微觀的位錯運動到大規(guī)模的宏觀斷裂，變化范圍很大，波長范圍從10-13m的微觀位錯運動到1m量級的地震波；傳感器的輸出可包括數(shù)μv到數(shù)百mv。不過多數(shù)聲發(fā)射信號為只能用高靈敏度傳感器才能探測到的微弱振動。聲發(fā)射檢測技術(shù)——用儀器探測、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)。聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料聲發(fā)射技術(shù)的97聲發(fā)射信號的頻率—幾HZ到數(shù)MHZ，包括次聲頻、聲頻（20HZ—20KHZ）、超聲頻。聲發(fā)射信號幅度—從微觀的位錯運動到大規(guī)模的宏觀斷裂，變化范圍很大，波長范圍從10-13m的微觀位錯運動到1m量級的地震波；傳感器的輸出可包括數(shù)μv到數(shù)百mv。不過多數(shù)聲發(fā)射信號為只能用高靈敏度傳感器才能探測到的微弱振動。聲發(fā)射檢測技術(shù)——用儀器探測、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)。聲發(fā)射信號的頻率—幾HZ到數(shù)MHZ，包括次聲頻、聲頻（20H98聲發(fā)射效應(yīng)KaiserEffect——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。FelicityEffect——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)。（PAE／Pmax），稱為費利西蒂比。PAE／Pmax<0.95作為聲發(fā)射源超標(biāo)的重要判據(jù)。聲發(fā)射效應(yīng)KaiserEffect——材料被重新加載期間，992聲發(fā)射檢測的基本原理原理：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，引起可以用聲發(fā)射傳感器探測的表面位移，這些探測器將材料的機械振動轉(zhuǎn)換為電信號，然后再被放大、處理和記錄。根據(jù)觀察到的聲發(fā)射信號進行分析與推斷以了解材料產(chǎn)生聲發(fā)射的機制。2聲發(fā)射檢測的基本原理原理：從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波1003聲發(fā)射檢測的的主要目的①確定聲發(fā)射源的部位；②分析聲發(fā)射源的性質(zhì)；③確定聲發(fā)射發(fā)生的時間或載荷；④評定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性。一般而言，對超標(biāo)聲發(fā)射源，要用其它無損檢測方法進行局部復(fù)檢，以精確確定缺陷的性質(zhì)與大小。GB18182：檢測由金屬壓力容器壓力管道的器壁、焊縫、裝配的零部件等表面和內(nèi)部產(chǎn)生的聲發(fā)射源，并確定聲發(fā)射源的部位及劃分綜合等級。

3聲發(fā)射檢測的的主要目的①確定聲發(fā)射源的部位；1014聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(1)聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)檢驗方法；(2)聲發(fā)射檢測方法對線性缺陷較為敏感；(3)聲發(fā)射檢測在一次試驗過程中能夠整體探測和評價整個結(jié)構(gòu)中缺陷的狀態(tài)；(4)可提供缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實時或連續(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；4聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點1024聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(5)適于其它方法難于或不能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒等環(huán)境；(6)對于在役壓力容器的定期檢驗，聲發(fā)射檢驗方法可以縮短檢驗的停產(chǎn)時間或者不需要停產(chǎn)；(7)對于壓力容器的耐壓試驗，聲發(fā)射檢驗方法可以預(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)適于檢測形狀復(fù)雜的構(gòu)件。

4聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點103聲發(fā)射技術(shù)的缺點(1)對數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗。因為聲發(fā)射特性對材料甚為敏感，又易受到機電噪聲的干擾。(2)聲發(fā)射檢測，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，還需要特作準(zhǔn)備；(3)聲發(fā)射檢測目前只能給出聲發(fā)射源的部位、活性和強度，不能給出聲發(fā)射源內(nèi)缺陷的性質(zhì)和大小，仍需依賴于其它無損檢測方法進行復(fù)驗。

4聲發(fā)射技術(shù)的特點聲發(fā)射技術(shù)的缺點4聲發(fā)射技術(shù)的特點104

5聲發(fā)射檢測方法和其它常規(guī)無損檢測方法的特點對比

聲發(fā)射檢測方法其它常規(guī)無損檢測方法缺陷的增長／活動缺陷的存在與作用應(yīng)力有關(guān)與缺陷的形狀有關(guān)對材料的敏感性較高對材料的敏感性較差對幾何形狀的敏感性較差對幾何形狀的敏感性較高需要進入被檢對象的要求較少需要進入被檢對象的要求較多進行整體監(jiān)測進行局部掃描主要問題：噪聲、解釋主要問題：接近、幾何形狀5聲發(fā)射檢測方法和其它常規(guī)無損檢測方法的特點對比105第二章

聲發(fā)射檢測的物理基礎(chǔ)第二章

聲發(fā)射檢測的物理基礎(chǔ)106第一節(jié)材料的結(jié)構(gòu)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。在晶粒內(nèi)部，有可能存在各種不同材料的微小的夾雜物，例如，鐵素體鋼中的部分碳可以形成Fe3C（碳化鐵），它具有自已的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并在局部位置上代替了鐵素體晶格。夾雜對金屬的機械性能具有非常大的影響。第一節(jié)材料的結(jié)構(gòu)晶界——晶粒之間的界面稱為晶界。典型107第二節(jié)材料力學(xué)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。應(yīng)力的單位：Kg/cm2和Mpa。與壓強的單位相同。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。

第二節(jié)材料力學(xué)應(yīng)力——材料單位面積上所受的作用力。物108第二節(jié)材料力學(xué)材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線(應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系)第二節(jié)材料力學(xué)材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線(應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系)109第三節(jié)材料彈性和塑性變形彈性變形——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，材料的應(yīng)力達(dá)到或超過了材料的屈服點，材料產(chǎn)生的塑性變形，材料也不能回復(fù)到原來的狀態(tài)。

第三節(jié)材料彈性和塑性變形彈性變形——材料在應(yīng)力作用下110第三節(jié)材料彈性和塑性變形大量位錯運動的結(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

第三節(jié)材料彈性和塑性變形大量位錯運動的結(jié)果將導(dǎo)致材料111第三節(jié)材料彈性和塑性變形孿生變形孿生產(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。

第三節(jié)材料彈性和塑性變形孿生變形112第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布——內(nèi)部帶有裂紋的材料在受到應(yīng)力作用時，應(yīng)力場必定要“圍繞著”裂紋的邊界產(chǎn)生集中，應(yīng)力的集中作用將使裂紋尖端的材料產(chǎn)生變形，甚至破壞，而這時材料的其它部位還都處于強性范圍以內(nèi)。在材料整體處于彈性范圍時，裂紋和類似的缺陷確已經(jīng)產(chǎn)生了聲發(fā)射信號。

第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布——內(nèi)部113第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布圖

第三節(jié)材料彈性和塑性變形裂紋周圍的應(yīng)力場分布圖114第三節(jié)材料彈性和塑性變形

臨界裂紋——是指達(dá)到這一點后，裂紋將很快地前進擴展，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)力場的強度通過“應(yīng)力強度因子”K來描述，K值與作用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，在這個力的作用下裂紋將很快擴展，同時部件將立刻斷裂。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”裂紋擴展——就是發(fā)生在裂紋臨界擴展發(fā)生以前的擴展。能引起亞臨界裂紋擴展的條件下如下：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

第三節(jié)材料彈性和塑性變形臨界裂紋——是指達(dá)到這一115斷裂方式的示意

脆性沿晶斷裂塑性沿晶斷裂斷裂方式的示意脆性沿晶斷裂116斷裂方式的示意

拉應(yīng)力作用下的切應(yīng)力作用下的塑性穿晶斷裂塑性穿晶斷裂斷裂方式的示意拉應(yīng)力作用下的117斷裂方式的示意解理斷裂疲勞斷裂斷裂方式的示意解理斷裂118第四節(jié)聲發(fā)射源聲發(fā)射源分類——穩(wěn)態(tài)源、動態(tài)源。穩(wěn)態(tài)源模型——將源看作一個能量發(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。動態(tài)源模型——是應(yīng)用局域在源附近隨時間變化的應(yīng)力應(yīng)變場，計算與源的行為有關(guān)的動力學(xué)變化，叫動態(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、外加磁場等來提供。第四節(jié)聲發(fā)射源聲發(fā)射源分類——穩(wěn)態(tài)源、動態(tài)源。119穩(wěn)態(tài)源模型的聲發(fā)射源事件的能量分配過程（裂紋擴展期間釋放應(yīng)變能）

晶格應(yīng)變能

新斷口表面能

熱能

彈性波能分配過程

源事件應(yīng)變能釋放

穩(wěn)態(tài)源模型的聲發(fā)射源事件的能量分配過程晶格應(yīng)變能分配過程120突發(fā)聲發(fā)射信號——聲發(fā)射事件信號是斷續(xù)，且在時間上可以分開，那么這種信號就叫突發(fā)聲發(fā)射信號。連續(xù)聲發(fā)射信號——如果大量的聲發(fā)射事件同時發(fā)生,且在時間上不可分辨，這些信號就叫做連續(xù)聲發(fā)射信號。實際上連續(xù)型聲發(fā)射信號也是由大量小的突發(fā)型信號組成的，只不過太密集不能單個分辨而已。聲發(fā)射信號動態(tài)范圍——材料內(nèi)產(chǎn)生的聲發(fā)射信號具有很寬的動態(tài)范圍，其位移幅度可以從小于10-15m到10-9m,達(dá)到106量級（120dB）的范圍。突發(fā)聲發(fā)射信號——聲發(fā)射事件信號是斷續(xù)，且在時間上可以分開，121突發(fā)聲發(fā)射信號連續(xù)聲發(fā)射信號

突發(fā)聲發(fā)射信號連續(xù)聲發(fā)射信號122晶體材料中的聲發(fā)射源

滑移變形孿生變形裂紋形成裂紋亞臨界擴展裂紋失穩(wěn)擴展第二相質(zhì)點（或夾雜物斷裂或脫開）馬氏體相變、貝氏體相變等磁疇運動

相變磁效應(yīng)斷裂金屬塑性變形晶體材料晶體材料中的聲發(fā)射源滑移變形相變磁效應(yīng)斷裂金屬塑性變形晶體123非金屬材料中的聲發(fā)射源這些材料均為脆性材料，其強度很高，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。非金屬材料中的聲發(fā)射源124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。與常規(guī)材料相比，復(fù)合材料具有強度高、疲勞性能和抗腐蝕性能好等優(yōu)點，而且容易制造出結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的部件。

1、擴散增強和顆粒增強復(fù)合材料的聲發(fā)射源主要包括：基體開裂和第2相顆粒和基體的脫開。2、纖維增強復(fù)合材料中的聲發(fā)射源主要包括以下7類：①基體開裂②纖維和基體的脫開③纖維拔出④纖維斷裂⑤纖維松弛⑥分層⑦摩擦復(fù)合材料中的聲發(fā)射源125纖維增強復(fù)合材料中的聲發(fā)射源

纖維增強復(fù)合材料中的聲發(fā)射源126其它聲發(fā)射源①流體介質(zhì)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裂紋閉合這是在聲發(fā)射檢測過程中有可能經(jīng)常遇到的。其它聲發(fā)射源127第五節(jié)波的傳播波——就是材料質(zhì)點離開平衡位置的運動（振動）在材料中的傳播?？v波（壓縮波）——質(zhì)點的振動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。第五節(jié)波的傳播波——就是材料質(zhì)點離開平衡位置的運動（128橫波（剪切波）——質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，只能在固體介質(zhì)中傳播。橫波（剪切波）——質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，只能在固129表面波（瑞利波）——質(zhì)點的振動軌跡呈橢圓形，沿深度約為1～2個波長的固體近表面?zhèn)鞑?，波的能量隨傳播深度增加而迅速減弱。表面波（瑞利波）——質(zhì)點的振動軌跡呈橢圓形，沿深度約為1～2130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，它在整個物體內(nèi)傳播，質(zhì)點作橢圓軌跡運動，按質(zhì)點的振動特點可分為對稱型（擴展波）和非對稱型（彎曲波）兩種。

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131聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料課件132近場脈沖響應(yīng)

點力階躍脈沖力源F0H(t)作用于板時，板表面將產(chǎn)生相當(dāng)復(fù)雜的運動，在材料表面上產(chǎn)生的位移迅速變化，這是理論與實驗相符的唯一的情況。Knopoff給出了在力作用點對面的垂直方向質(zhì)點位移，這一情況對聲發(fā)射技術(shù)是十分有意義的，它通常用于聲發(fā)射傳感器的預(yù)標(biāo)定。式中括號內(nèi)第一項是縱波貢獻分量，而第二項是橫波貢獻，在板中來回反射的波的貢獻（第三項之后）在式中略去。})1()1(4)12()/()1)(1(2)1()1(4)22()/()22({2)0,(212222221222212222222220ayyyybtHayyyawwwawbtHawwbFbUz+-----+----+---+--+-=---bapm近場脈沖響應(yīng)式中括號內(nèi)第一項是縱波貢獻分量，而第二項是橫133點脈沖加載的源

TIME2.0沖擊載荷點脈沖加載的源TIME2.0沖擊載荷134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)與力的大小成正比。表面階躍力源在厚板對面產(chǎn)生的垂直位移。P、S分別相應(yīng)于縱波、橫波到達(dá)時刻

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135反射和折射——聲發(fā)射源處產(chǎn)生的縱波和橫波。它們傳播到不同材料界面時，可產(chǎn)生反射、折射。

LSL鋼有機玻璃反射和折射——聲發(fā)射源處產(chǎn)生的縱波和橫波。它們傳播到不同材料136聲發(fā)射技術(shù)的基礎(chǔ)原理資料課件137各種反射波和折射波方向都符合反射、折射定律。以下是縱波入射時的反射折射定律公式：sinαL/CL1=sinα

’L/CL1=sinα

’S/CS1=sinβL/CL2=sinβs/Cs2

CL1、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。

αL、

α

’L—縱波入射角、反射角。橫波。βL、

βs—縱波、橫波折射角。α

’S—橫波反射角。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138當(dāng)超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射波外，還會產(chǎn)生不同類型的反射和折射波，這種現(xiàn)象稱為波型轉(zhuǎn)換。

當(dāng)超聲波傾斜入射到界面時，除產(chǎn)生同種類型的反射和折射波外，還139波形變換（模式轉(zhuǎn)換）聲發(fā)射源處同時產(chǎn)生縱波和橫波兩種。兩種入射波除各自產(chǎn)生反射（或折射）縱波與橫波外，在半無限體自由表面上，一定的條件下還可轉(zhuǎn)換成表面波，見圖2.28。厚度接近波長的薄板中又會發(fā)生板波。厚度遠(yuǎn)大于波長的厚壁結(jié)構(gòu)中，波的傳播變得更為復(fù)雜厚板中傳播波形變換（模式轉(zhuǎn)換）厚板中傳播140聲發(fā)射波經(jīng)界面反射、折射和模式轉(zhuǎn)換，各自以不同波速、不同波程、不同時序到達(dá)傳感器。聲發(fā)射波經(jīng)傳播到探頭后，聲發(fā)射信號波形的上升時間變慢，幅度下降、持續(xù)時間變長、到達(dá)時間延遲、頻率成份向低頻偏移。這種變化，不僅對聲發(fā)射波形的定量分折，而且對波形的常規(guī)參數(shù)分析也帶來復(fù)雜的影響，應(yīng)予以充分注意。

聲發(fā)射波經(jīng)界面反射、折射和模式轉(zhuǎn)換，各自以不同波速、不同波程141Vt——縱波速度；t——橫波速度；

——泊松比；E

——楊氏模量；G

——切變模量；——密度。波速＝頻率波長（C=f

）。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。）－）（＋（ssrsr2111-=EVlrsruGEt＝）＋（121=Vt——縱波速度；t——橫波速度；——泊142常用材料的聲速和聲阻抗表

材料縱波橫波

聲阻抗kg/m2.s速度Km/sec聲阻抗kg/m2.s速度Km/sec

空氣0.000430.33－－

水1.481.48－－

油（SAE30）1.51.7－－

鋁3.1

鐵45.45.925.03.2

鑄鐵34.64.519.22.5鋼46.05.925.33.23302不銹鋼45.55.5625.03.12常用材料的聲速和聲阻抗表

材料縱波橫波

聲阻抗kg/m2.143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%。縱波、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)射源的時差定位計算，影響定位精度。實際中，難以理論計算，需用實驗測量。實測波速計算出的定位精度一般在傳感器間距的1%—10%。常見容器類屬于二維結(jié)構(gòu)（薄壁），表面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3000m/s。在無法測得波速的情況下，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，時差定位精度較差。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144幾何效應(yīng)——被檢試件或構(gòu)件的幾何形狀對波的傳播有很大的影響，可以產(chǎn)生衍射、反射和折射等，并最終引起波的衰減或疊加。聲發(fā)射在小試件中產(chǎn)生共振波形（駐波）。

幾何效應(yīng)——被檢試件或構(gòu)件的幾何形狀對波的傳播有很大的影響，145第六節(jié)波的衰減衰減——信號的幅值隨著離開聲源距離的增加而減小。衰減與聲發(fā)射檢測的關(guān)系——衰減控制了聲源距離的可檢測性，對于聲發(fā)射檢驗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，整個波前的能量保持不變，但散布在整個波前球面上，隨著波傳播距離的增加，波的幅度必定下降。（平面波無幾何衰減）。第六節(jié)波的衰減衰減——信號的幅值隨著離開聲源距離的增146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)射波的總機械能保持不變。然而，在實際的介質(zhì)中，波傳播的總機械能不能保持不變，而是逐漸衰減。由于質(zhì)點振動內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱彈效應(yīng)，機械能可以被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。如果?yīng)力超過介質(zhì)的彈性極限，塑性變形也引起機械能的損失。裂紋擴展將波的機械能轉(zhuǎn)換為新的表面能，波與介質(zhì)中位錯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制等都能引起波的能量損失和衰減。無論上述那一種機制引起機械能的損耗，波的幅度都將隨波通過介質(zhì)中的傳播而下降。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),147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。