《無損檢測(cè)（第2版）》 課件 第5-7章 滲透檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、無損檢測(cè)新技術(shù)

無損檢測(cè)（第2版）

第五章滲透檢測(cè)第一節(jié)滲透檢測(cè)的物理基礎(chǔ)2滲透檢測(cè)特點(diǎn)：（一）、優(yōu)勢(shì)不受被檢部件的形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和缺陷方位的限制。廣泛適用于各種加工工藝及材料的質(zhì)量檢驗(yàn)。滲透檢測(cè)不需要特別復(fù)雜的設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)費(fèi)用低。缺陷顯示直觀，檢測(cè)靈敏度高，對(duì)復(fù)雜零件可一次檢測(cè)出各個(gè)方向的缺陷。（二）、劣勢(shì)受被檢物體表面粗糙度的影響較大，只能檢出表面開口的缺陷，對(duì)內(nèi)部缺陷無能為力。不適于檢查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件。難以確定缺陷的實(shí)際深度，難以定量評(píng)價(jià)缺陷，檢出結(jié)果受操作者影響大。一、滲透檢測(cè)的基本原理3液體滲透檢測(cè)的基本原理是利用滲透液的潤(rùn)濕作用和毛細(xì)現(xiàn)象而進(jìn)入表面開口的缺陷，隨后被吸附和顯像。滲透作用的深度和速度與滲透液的表面張力、粘附力、內(nèi)聚力、滲透時(shí)間、材料的表面狀況、缺陷的大小及類型等因素有關(guān)。（一）表面張力液體的表面張力是兩個(gè)共存相之間出現(xiàn)的一種界面現(xiàn)象，是液體表面層收縮趨勢(shì)的表現(xiàn)。液體表面層中的分子一方面受到液體內(nèi)部的吸引力，稱為內(nèi)聚力；另一方面受到其相鄰氣體分子的吸引力。由于后一種力比內(nèi)聚力小，因而液體表面層中的分子有被拉進(jìn)液體內(nèi)部的趨勢(shì)。一、滲透檢測(cè)的基本原理4（二）液體的潤(rùn)濕作用固體被液體潤(rùn)濕的程度可以用液體對(duì)固體表面的接觸角來表示。接觸角θ是液面在接觸點(diǎn)的切線與包括該液體的固體表面之間的夾角。接觸角愈小，說明液體對(duì)固體表面的潤(rùn)濕能力愈好。潤(rùn)濕作用與液體的表面張力有關(guān)系。內(nèi)聚力大的液體，其表面張力系數(shù)也大，對(duì)固體的接觸角也大。（三）液體的毛細(xì)現(xiàn)象將一根很細(xì)的管子插入盛有液體的容器中，如果液體不能潤(rùn)濕管子，管內(nèi)的液面就會(huì)低于容器的液面，通常將這種潤(rùn)濕管壁的液體在細(xì)管中上升，而不潤(rùn)濕管壁的液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。圖5-1毛細(xì)現(xiàn)象一、滲透檢測(cè)的基本原理5（四）液體滲透檢測(cè)的基本原理將零件表面的開口缺陷看作是毛細(xì)管或毛細(xì)縫隙。由于所采用的滲透液都是能潤(rùn)濕零件的，因此滲透液在毛細(xì)作用下能滲入表面缺陷中去，使用顯像劑進(jìn)行顯像，放大的缺陷顯示，大大提高靈敏度。顯像過程也是利用滲透的作用原理，顯像劑是一種細(xì)微粉末，顯像劑微粉之間可形成很多半徑很小的毛細(xì)管，這種粉末又能被滲透液所潤(rùn)濕。圖5-2留在裂紋中的滲透液逸出表面及粉末顯像劑的作用原理6滲透劑的分類：按顯示方式可分為熒光滲透劑和著色滲透劑兩種；按清洗方法可分為水洗型滲透劑、后乳化型滲透劑和溶劑去除型滲透劑三種。滲透劑的性能：滲透性能好，容易滲入缺陷中去。易被清洗，容易從零件表面清洗干凈。對(duì)于熒光滲透液，要求其熒光輝度高；對(duì)于著色滲透劑，則要求其色彩艷麗。其酸堿度應(yīng)呈中性，這樣可對(duì)被檢部件無腐蝕，毒性小，對(duì)人無傷害，對(duì)環(huán)境污染亦小。閃點(diǎn)高，不易著火。制造原料來源方便，價(jià)格低廉。一、滲透檢測(cè)的基本原理二、乳化作用7如果在油水混合的容器中加入少量的表面活性劑，如加入肥皂或洗滌劑，再經(jīng)攪拌混合后，可形成穩(wěn)定的乳濁液，這種使不相容的液體混合成穩(wěn)定乳化液的表面活性劑叫作乳化劑。液體滲透檢測(cè)中，使用的乳化劑將零件表面的后乳化型滲透劑與水形成乳化液，以便能用水洗去。要求乳化劑具有良好的洗滌作用，高閃點(diǎn)和低的蒸發(fā)速率，無毒、無腐蝕作用、抗污染能力強(qiáng)。第二節(jié)滲透檢測(cè)技術(shù)8一、滲透檢測(cè)材料滲透檢測(cè)材料是滲透劑、清洗劑和顯像劑等材料的總稱。滲透檢測(cè)材料的選擇決定了滲透檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。使用靈敏度等級(jí)合適的滲透劑，對(duì)檢測(cè)出需要控制的不連續(xù)至關(guān)重要。同時(shí)，還要控制好檢測(cè)工藝，最大限度地顯示工件上的不連續(xù)。決定使用哪個(gè)靈敏度等級(jí)的滲透劑由被檢工件的檢測(cè)要求決定，通常檢測(cè)要求會(huì)對(duì)滲透劑的靈敏度有明確規(guī)定。同時(shí)，滲透檢測(cè)材料也必須是同族組的，即完成一個(gè)特定的滲透檢測(cè)過程須使用特定的滲透材料組合系統(tǒng)。二、滲透檢測(cè)的基本步驟9（一）預(yù)清洗零件在使用滲透液之前必須進(jìn)行預(yù)清洗，用來去除零件表面的油脂、鐵屑、鐵銹，以及各種涂料、氧化皮等，防止這些污物堵塞缺陷，阻塞滲透液的滲入，也防止油污污染滲透液，以便使?jié)B透液容易滲入缺陷中去，同時(shí)還可防止?jié)B透液存留在這些污物上產(chǎn)生虛假顯示。去除方法可分為：（1）機(jī)械方法，包括吹砂、拋光、鋼刷及超聲波清洗等。（2）化學(xué)方法，包括酸洗和堿洗等。（3）溶劑去除法，利用三氯乙烯、酒精、丙酮等化學(xué)溶劑進(jìn)行液體清洗。但預(yù)清洗后的零件必須進(jìn)行充分的干燥。（二）滲透滲透是將滲透液覆蓋被測(cè)零件的表面，覆蓋的方法有噴涂、刷涂、流涂、靜電噴涂或浸涂等多種方法。對(duì)于有些零件在滲透的同時(shí)可給零件加載荷，使細(xì)小的裂縫張開，有利于滲透劑的滲入，以便可檢測(cè)到細(xì)微的裂紋。二、滲透檢測(cè)的基本步驟10（三）清洗多余的滲透劑在涂覆滲透劑并經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間保持之后，則應(yīng)從零件表面去除多余的滲透劑，但又不能將已滲入缺陷中的滲透劑清洗出來，以保證取得最高的檢驗(yàn)靈敏度。水洗型滲透劑可用水直接去除；后乳化型滲透劑在乳化后，用水去除，但要注意乳化的時(shí)間應(yīng)根據(jù)乳化劑和滲透劑的性能以及零件的表面粗糙度來決定。溶劑去除型滲透劑用溶劑予以擦除。（四）干燥干燥的目的是去除零件表面的水分。干燥的方法分別有：干凈的布擦干、壓縮空氣吹干、熱風(fēng)吹干、熱空氣循環(huán)烘干等方法。干燥的溫度不能太高，以防止將缺陷中的滲透劑也同時(shí)烘干，致使在顯像時(shí)滲透劑不能被吸附到零件表面上來，并且應(yīng)盡量縮短干燥時(shí)間。在干燥過程中，防止零件表面被污染，而產(chǎn)生虛假的缺陷顯示。二、滲透檢測(cè)的基本步驟11（五）顯像顯像就是用顯像劑將零件表面缺陷內(nèi)的滲透劑吸附至零件表面，形成清晰可見的缺陷圖像，也增加缺陷顯示和背景之間的對(duì)比度，同時(shí)減小工件表面光的反射。根據(jù)顯像劑的不同，顯像方式可分為干式、水型和非水型，也有不加顯像劑的自顯法。（六）觀察在著色檢驗(yàn)時(shí)，顯像后的零件可在自然光或白光下觀察，不需要特別的觀察裝置。在熒光檢驗(yàn)時(shí)，則應(yīng)將顯像后的零件放在暗室內(nèi)，在紫外線燈的照射下進(jìn)行觀察。三、常見缺陷的顯像特征12在滲透檢測(cè)中，檢出的缺陷種類繁多，常見的缺陷有：縮裂、熱裂、冷裂、鍛造裂紋、焊接裂紋、熱影響區(qū)裂紋，弧坑裂紋、磨削裂紋、淬火裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋、疲勞裂紋、冷隔、折疊、分層、氣孔、夾雜、氧化夾雜、疏松等。（一）氣孔氣孔是零件澆鑄時(shí)，鋼液中（或鐵液、鋁液等）進(jìn)入了氣體，在鑄件凝固時(shí)，氣泡沒能排出來，而在零件內(nèi)部形成呈球形的缺陷。這種氣孔在機(jī)加工后露出表面時(shí)，利用滲透檢驗(yàn)可予以發(fā)現(xiàn)。（二）疏松疏松是鑄件在凝固結(jié)晶過程中，補(bǔ)縮不足而形成的不連續(xù)、形狀不規(guī)則的孔洞。這些孔洞多存在于零件的內(nèi)部，經(jīng)拋光或機(jī)加工后便露出零件表面。（三）非金屬夾雜根據(jù)來源的不同，非金屬夾雜又可分為鋼錠或鑄件中的非金屬夾雜、鑄件表面夾渣、鑄件表面的氧化皮夾雜。三、常見缺陷的顯像特征13（四）鑄造裂紋鑄造裂紋是當(dāng)金屬熔液接近凝固溫度時(shí)，如果相鄰區(qū)域由于冷卻速度不同而產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，在凝固收縮過程中，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，便可在鑄件中產(chǎn)生裂紋。（五）鑄件的冷隔冷隔是一種線性鑄造缺陷。在澆鑄時(shí)，若兩股金屬液流到一起而沒有真正融合，當(dāng)其延伸至鑄件的表面時(shí)，則會(huì)呈現(xiàn)出緊密、斷續(xù)或連續(xù)的線狀表面缺陷。在進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)，冷隔表現(xiàn)為光滑的線狀。（六）折疊折疊是在鑄造和軋制零件的過程中，由于模具太大，材料在模子中放置位置不正確，坯料太大等原因，而產(chǎn)生的一些金屬重疊在零件表面上的缺陷。（七）縫隙在輥軋、拉制棒材時(shí)，若棒材的表面上出現(xiàn)一種縱向且很直的表面缺陷，尤如棒材上有一條裂縫一樣，則稱之為縫隙型缺陷。三、常見缺陷的顯像特征14（八）焊接缺陷焊縫上最常見的缺陷為根部未焊透（或根部未熔合）和裂紋。未焊透是指焊縫背面由于沒達(dá)到溶化溫度而殘留有未焊合的基體金屬縫隙。焊縫上的裂紋是由于焊縫處的金屬在凝固過程中，受組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用而造成的金屬開裂。（九）磨削裂紋零件在磨削加工過程中，由于砂輪的粒度不當(dāng)或砂輪太鈍、磨削進(jìn)刀量過大、冷卻條件不好或零件上碳化物偏析等原因，可能引起表面局部過熱。在熱應(yīng)力和加工應(yīng)力的共同影響下，將產(chǎn)生磨削裂紋。（十）疲勞裂紋零件在使用過程中，若長(zhǎng)期受交變應(yīng)力的作用，可能在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生疲勞裂紋。疲勞裂紋往往始于零件表面的劃傷、刻槽、截面突變的拐角處及表面缺陷處。四、缺陷顯像的判別15（一）真實(shí)缺陷的顯示零件表面的真實(shí)缺陷大致可分為以下四類：連續(xù)線狀缺陷：包括裂紋、冷隔、鑄造折疊等缺陷；斷續(xù)線狀缺陷：這類缺陷的顯像可能排列在一條直線或曲線上，或是由相近的單個(gè)曲線組成。當(dāng)零件進(jìn)行磨削、噴丸、吹砂、鍛造或機(jī)加工時(shí)，零件表面的線性缺陷有可能被部分堵住，滲透檢驗(yàn)缺陷的顯像表現(xiàn)為斷續(xù)的線狀。圓形顯像：通常為鑄件表面的氣孔、針孔、鐵豆或疏松等缺陷形成，較深的表面裂紋顯像時(shí)，由于能吸出較多的滲透劑，也可能顯示出圓形的影像。小點(diǎn)狀顯像：是由針孔、顯微疏松等產(chǎn)生的影像。四、缺陷顯像的判別16（二）虛假的顯像產(chǎn)生虛假顯像的原因1、操作者手上的滲透劑對(duì)被檢部件的污染；2、檢驗(yàn)工作臺(tái)上的滲透劑對(duì)被檢部件的污染；3、顯像劑受到滲透劑的污染；4、清洗時(shí)，滲透劑飛濺到干凈的零件表面上；5、擦布或棉紗纖維上的滲透劑污染；6、零件筐、吊具上殘存的滲透劑與清洗干凈的零件接觸而造成的污染；7、已清洗干凈的零件上又有滲透劑滲出，污染了相鄰的零件表面。虛假顯像辨別方法用蘸有酒精的棉球擦拭，虛假的顯像容易被擦掉，且不再重新顯像。復(fù)習(xí)思考題17滲透劑有何性能要求?分為幾類?滲透檢測(cè)的六個(gè)主要步驟是什么?虛假顯像產(chǎn)生的原因是什么?如何避免?無損檢測(cè)（第2版）

第六章聲發(fā)射檢測(cè)圖6.1聲發(fā)射檢測(cè)原理示意圖第一節(jié)聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理19聲發(fā)射檢測(cè)是一種通過探測(cè)和分析材料中聲發(fā)射源的信號(hào)

來評(píng)定材料性能或結(jié)構(gòu)完整性的無損檢測(cè)方法。從聲發(fā)射源發(fā)射的彈性波傳播至被檢測(cè)材料表面時(shí)，由于波的振動(dòng)引起了材料表面位移的變化，可以用聲發(fā)射傳感器探測(cè)位移變化情況，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再被放大、濾波等處理后進(jìn)行存儲(chǔ)，最后可對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析及判定。若對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，就可以連續(xù)監(jiān)測(cè)材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化的整個(gè)過程。一、聲發(fā)射源20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)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(shí)，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(jiǎn)稱“源”），通過分析“源”釋放的聲信號(hào)可以確定材料發(fā)生損傷以及缺陷的位置，甚至可以評(píng)價(jià)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21（一）突發(fā)型和連續(xù)型聲發(fā)射聲發(fā)射信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍亦很廣，從微弱的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)直到強(qiáng)烈的地震波。目前人們根據(jù)聲發(fā)射時(shí)間是否可區(qū)分將聲發(fā)射信號(hào)分為突發(fā)型和連續(xù)型兩類。（a）突發(fā)型信號(hào)波源

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

（b）連續(xù)型信號(hào)頻譜曲線圖6.4連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)類型及相應(yīng)的頻譜曲線一、聲發(fā)射源22（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(diǎn)。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(duì)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23一、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(gè)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(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。在擴(kuò)散增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)、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(cè)的物理基礎(chǔ)24一、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(cuò)、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(cè)；（2）巖體等原先所受最大應(yīng)力的推測(cè)；（3）疲勞裂紋起始與擴(kuò)展的聲發(fā)射檢測(cè)；（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(shí)時(shí)性，

連續(xù)檢測(cè)材料的聲發(fā)射信號(hào)可以獲得實(shí)時(shí)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(fèi)利西蒂效應(yīng)25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)，也稱為反凱賽爾效應(yīng)。重復(fù)加載時(shí)的聲發(fā)射起始載荷P1對(duì)原先最大載荷P2之比P1/P2，稱為費(fèi)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(píng)定判據(jù)。費(fèi)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26彈性波傳播是材料對(duì)于不平衡或者動(dòng)態(tài)力的響應(yīng)。對(duì)于聲發(fā)射檢測(cè)而言，當(dāng)固體材料受到外部的拉伸力或擠壓力時(shí)，會(huì)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(gè)過程中會(huì)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(shí)，一部分聲波會(huì)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(hào)。三、聲波的傳播271、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(duì)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282、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(qiáng)減小。當(dāng)聲波由一個(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，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(shí)際的聲發(fā)射信號(hào)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(hào)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(shí)，會(huì)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(cè)技術(shù)特點(diǎn)29優(yōu)點(diǎn)：（1）受被檢測(cè)工件的形狀影響小，可以檢測(cè)不同形狀的工件；（2）對(duì)缺陷的動(dòng)態(tài)變化較為敏感，能夠檢測(cè)出動(dòng)態(tài)缺陷的微量增長(zhǎng)；（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(shí)間、溫度等變量改變而實(shí)時(shí)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(bào)；（5）可采用多個(gè)通道同時(shí)檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)整體損傷的高效率檢測(cè)。缺點(diǎn)：（1）聲發(fā)射特性對(duì)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(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的解釋依賴于數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)；（2）聲發(fā)射檢測(cè)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(shí)需要針對(duì)性地進(jìn)行特殊準(zhǔn)備；（3）聲發(fā)射檢測(cè)目前只能給出“源”的位置和強(qiáng)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(hào)處理和分析方法30對(duì)聲發(fā)射信號(hào)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(hào)發(fā)生的時(shí)間或載荷；4）評(píng)定“源”的級(jí)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(hào)處理系統(tǒng)性能和功能，聲發(fā)射信號(hào)的分析和處理主要包括：（1）信號(hào)識(shí)別（定性）通過對(duì)感興趣的信號(hào)或信號(hào)成分的提取和識(shí)別，來推斷“源”的性質(zhì)以及判斷“源”的類型；（2）信號(hào)評(píng)估（定量）通過定量分析聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和頻度等參數(shù)，來評(píng)價(jià)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(hào)的時(shí)間參數(shù)來確定“源”的位置。第三節(jié)聲發(fā)射信號(hào)處理和分析方法31根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)分析對(duì)象，可將聲發(fā)射信號(hào)處理和分析方法分為：聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)分析，是指借助信號(hào)分析處理技術(shù)直接分析聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)，然后依據(jù)參數(shù)分析結(jié)果來對(duì)“源”進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法可以實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的可視化，在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中具有較好的可行性。聲發(fā)射信號(hào)波形分析，則是根據(jù)所獲取信號(hào)的時(shí)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(hào)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(shí)用性較好。一、聲發(fā)射波形特征參數(shù)的定義32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(hào)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(jì)數(shù)；2）振鈴計(jì)數(shù)；3）能量；4）幅度；5）持續(xù)時(shí)間；6）上升時(shí)間。

對(duì)于連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)，上述模型中只有振鈴計(jì)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(hào)的特征，需要引入平均信號(hào)電平和有效電壓值兩個(gè)特征參數(shù)。圖6.7聲發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化波形參數(shù)的定義一、聲發(fā)射波形特征參數(shù)的定義33實(shí)際的聲發(fā)射信號(hào)因受被檢測(cè)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(hào)。引入聲發(fā)射信號(hào)撞擊定義時(shí)間（HitDefinitionTime,HDT），將一連串的波形包絡(luò)劃入一個(gè)撞擊信號(hào)。當(dāng)聲發(fā)射檢測(cè)儀器設(shè)定的HDT大于兩個(gè)波包過門限的時(shí)間間隔T時(shí)，則這兩個(gè)波包被視為同一個(gè)聲發(fā)射撞擊信號(hào)；但如儀器設(shè)定的HDT小于T時(shí)，則這兩個(gè)波包被劃歸為兩個(gè)獨(dú)立的聲發(fā)射撞擊信號(hào)。圖6.8聲發(fā)射撞擊信號(hào)的定義參數(shù)含義特點(diǎn)與用途撞擊計(jì)數(shù)超過閾值并使某一通道獲取數(shù)據(jù)的任何信號(hào)稱為一個(gè)撞擊，可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率反映AE活動(dòng)的總量和頻度，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)撞擊，鑒別所得AE事件的個(gè)數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率反映AE事件的總量和頻度，用于源的活動(dòng)性和定位集中度評(píng)價(jià)振鈴計(jì)數(shù)越過門檻信號(hào)的振蕩次數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率粗略反映信號(hào)強(qiáng)度和頻度，廣泛用于AE活動(dòng)性評(píng)價(jià)，但甚受門檻的影響幅值事件信號(hào)波形的最大振幅值，通常用dB表示直接決定事件的可測(cè)性，常用于波源的類型鑒別、強(qiáng)度及衰減的測(cè)量能量計(jì)數(shù)事件信號(hào)檢波包絡(luò)線下的面積，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率反映事件的相對(duì)能量或強(qiáng)度?？扇〈疋徲?jì)數(shù)，也用于波源的類型鑒別持續(xù)時(shí)間事件信號(hào)第一次越過門檻到最終降至門檻所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，以μs表示與振鈴計(jì)數(shù)十分相似，但常用于特殊波源類型和噪聲鑒別上升時(shí)間事件信號(hào)第一次越過門檻至最大振幅所經(jīng)歷的時(shí)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(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(dòng)性評(píng)價(jià)平均信號(hào)電平ASL采樣時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平的均值，以dB表示對(duì)幅度動(dòng)態(tài)范圍要求高而時(shí)間分辨率要求不高的連續(xù)型信號(hào)，尤為有用。也用于背景噪聲水平的測(cè)量時(shí)差同一個(gè)AE波到達(dá)各傳感器的時(shí)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(jì)算外變量試驗(yàn)過程外加變量，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)，但屬于撞擊信號(hào)參數(shù)的數(shù)據(jù)集，用于AE活動(dòng)性分析一、聲發(fā)射波形特征參數(shù)的定義34表6-3聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法35（一）聲發(fā)射信號(hào)單參數(shù)分析方法1、計(jì)數(shù)分析法當(dāng)材料局部發(fā)生變化時(shí)，可產(chǎn)生突發(fā)型聲發(fā)射脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)分析法是處理該信號(hào)的一種常用方法。聲發(fā)射計(jì)數(shù)，亦稱為振鈴計(jì)數(shù)，是指聲發(fā)射信號(hào)超過某一設(shè)定門限的次數(shù)，而信號(hào)單位時(shí)間超過門限的次數(shù)則稱為計(jì)數(shù)率。對(duì)于一個(gè)聲發(fā)射事件，由聲發(fā)射傳感器探測(cè)到的聲發(fā)射計(jì)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(jì)數(shù)分析法的缺點(diǎn)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36（一）聲發(fā)射信號(hào)單參數(shù)分析方法2、能量分析法在對(duì)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，多采用基于聲發(fā)射信號(hào)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(cè)量。以突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)為例，可以對(duì)每個(gè)撞擊的能量進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)信號(hào)V(t)的均方電壓和均方根電壓定義如下：式中，ΔT是平均時(shí)間；V(t)是隨時(shí)間變化的信號(hào)電壓。根據(jù)電子學(xué)理論，可知Vms隨時(shí)間的變化量即為聲發(fā)射信號(hào)的能量變化率，聲發(fā)射信號(hào)從t1到t2時(shí)間內(nèi)的總能量E可表示為，聲發(fā)射信號(hào)能量的測(cè)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(hào)的測(cè)量問題。此外，Vrms和Vms不依賴于任何閾值電壓，對(duì)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(hào)的能量有直接關(guān)系，分析過程較為簡(jiǎn)單。二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法37（一）聲發(fā)射信號(hào)單參數(shù)分析方法3、幅度分析法信號(hào)幅度與材料中“源”的強(qiáng)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(hào)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(hào)幅度的測(cè)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(huì)對(duì)測(cè)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(hào)的幅度、撞擊和計(jì)數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式：式中，N是聲發(fā)射信號(hào)累加振鈴計(jì)數(shù)；P是聲發(fā)射信號(hào)撞擊總計(jì)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(shí)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38（二）聲發(fā)射信號(hào)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(duì)聲發(fā)射信號(hào)的某一個(gè)特征參數(shù)隨時(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)。采用經(jīng)歷圖分析方法對(duì)“源”進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)如下目的：（1）聲發(fā)射源的活動(dòng)性評(píng)價(jià)（2）凱賽爾效應(yīng)和費(fèi)利西蒂比（3）恒載聲發(fā)射評(píng)價(jià)（4）起裂點(diǎn)測(cè)量圖6.9壓力容器加壓過程中

裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)隨時(shí)間的變化經(jīng)歷圖二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法39（二）聲發(fā)射信號(hào)其他分析方法2、分布圖分析法分布分析是對(duì)聲發(fā)射撞擊或事件計(jì)數(shù)在某個(gè)聲發(fā)射參數(shù)上統(tǒng)計(jì)分布的一種聲發(fā)射信號(hào)分析方法。分析時(shí)通常以持續(xù)時(shí)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(jì)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(píng)價(jià)“源”的強(qiáng)度。圖6.10壓力容器加壓過程中裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)隨時(shí)間的參數(shù)分布圖二、聲發(fā)射特征參數(shù)分析方法40（二）聲發(fā)射信號(hào)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(hào)分析中最常用的方法之一，該方法可對(duì)任意兩個(gè)聲發(fā)射信號(hào)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(gè)聲發(fā)射信號(hào)波形參數(shù)分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，而圖上每個(gè)點(diǎn)則代表一個(gè)聲發(fā)射撞擊，因此可通過對(duì)這兩個(gè)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(hào)參數(shù)的關(guān)聯(lián)圖三、聲發(fā)射源定位技術(shù)41在缺陷的聲發(fā)射定位檢測(cè)過程中，其核心問題是由傳感器接收到的聲發(fā)射信號(hào)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(gè)壓電傳感器按一定的幾何關(guān)系放置于被檢測(cè)材料的指定位置上，從而組成傳感器陣列，通過測(cè)定從“源”發(fā)射的聲波傳播到各傳感器的時(shí)間，據(jù)此求出相對(duì)時(shí)差，然后將這些時(shí)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(cè)。三、聲發(fā)射源定位技術(shù)42（一）直線定位法當(dāng)被檢物體的長(zhǎng)度與半徑之比很大時(shí)，可采用直線定位進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，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(gè)傳感器，它們所確定的“源”位置必須在兩個(gè)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(hào)到達(dá)1號(hào)傳感器的時(shí)間；T2是聲發(fā)射信號(hào)到達(dá)2號(hào)傳感器的時(shí)間；D是兩傳感器之間的距離；V是聲波在被檢測(cè)材料中的傳播速度。圖6.12聲發(fā)射源時(shí)差直線定位原理圖三、聲發(fā)射源定位技術(shù)43（二）平面三角形定位法當(dāng)需要監(jiān)測(cè)一個(gè)相對(duì)較大的平面區(qū)域時(shí)，可以采用平面三角形定位檢測(cè)法進(jìn)行“源”定位。通過三個(gè)傳感器來確定聲發(fā)射信號(hào)到達(dá)時(shí)間及兩個(gè)時(shí)差，則可由下式計(jì)算出“源”位置。圖6.13聲發(fā)射源時(shí)差三角形法定位原理圖三、聲發(fā)射源定位技術(shù)44假設(shè)根據(jù)傳感器S2和S3之間的時(shí)差

tx計(jì)算得到雙曲線為1，而由傳感器S1和S4之間的時(shí)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(diǎn)Q

(X,Y)上，其坐標(biāo)可計(jì)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(shí)際上是對(duì)上面的平面三角形定位法的改進(jìn)，某些條件下求解會(huì)得到雙曲線的兩個(gè)交點(diǎn)，此時(shí)將存在1個(gè)真實(shí)的“源”和1個(gè)偽“源”，而如果增加一個(gè)傳感器，四個(gè)傳感器構(gòu)成的菱形陣列進(jìn)行平面定位，則只會(huì)得到一個(gè)真實(shí)的“源”。圖6.14聲發(fā)射源時(shí)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)45（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(huì)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)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(hào)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(huì)引起聲波傳播路徑的改變，同時(shí)波速也可能會(huì)有所改變。衰減的影響當(dāng)傳感器與“源”距離較大時(shí)，使得本應(yīng)該被采集到的聲發(fā)射信號(hào)因?yàn)樗p信號(hào)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(duì)“源”定位產(chǎn)生直接影響。時(shí)差的影響聲發(fā)射信號(hào)本身的復(fù)雜性與隨機(jī)性，會(huì)在不同程度上降低定位的準(zhǔn)確性。四、聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)46（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(hào)分解為較簡(jiǎn)單信號(hào)的技術(shù)。找出一個(gè)信號(hào)在不同頻率下的信息（如振幅、功率、強(qiáng)度或相位等）的做法即為頻譜分析。聲信號(hào)處理中通常采用離散傅里葉變換（DiscreteFourierTransform,DFT）對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻域分析：

式中，X(k)是離散頻譜的第k個(gè)值，x(n)是時(shí)域采樣的第n個(gè)值。時(shí)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(hào)處理技術(shù)47（二）小波分析技術(shù)小波變換同時(shí)具有在時(shí)域和頻域描述信號(hào)局部特征的能力，既可以反映出某個(gè)局部時(shí)間范圍內(nèi)信號(hào)的頻譜信息，又可以給出某一頻率范圍內(nèi)信息對(duì)應(yīng)的時(shí)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(gè)小波序列：式中，a是尺度因子，b是時(shí)間因子。對(duì)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(duì)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(shí)窗和頻窗，因此小波變換在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的局部化特性，

對(duì)于含有瞬態(tài)變化特征的聲發(fā)射信號(hào)具有較好的適用性。四、聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)48（三）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別分析技術(shù)研究人員通過對(duì)大量的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)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(diǎn)。采用該方法可以對(duì)壓力容器產(chǎn)生聲發(fā)射源信號(hào)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(cè)的應(yīng)用49一、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(cè)脆性材料失穩(wěn)開裂演化過程，可以連續(xù)、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)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(duì)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(shí)刻的累積聲發(fā)射參數(shù)與最大荷載作用時(shí)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(cè)馬氏體相變等。第四節(jié)聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用50二、聲發(fā)射在焊接質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用（一）焊接質(zhì)量監(jiān)測(cè)聲發(fā)射技術(shù)可以通過檢測(cè)裂紋等缺陷產(chǎn)生時(shí)釋放的聲信號(hào)，有效地對(duì)其進(jìn)行定位檢測(cè)，這種方法對(duì)于氬弧焊、電阻焊、自動(dòng)焊、電子束焊以及攪拌摩擦焊等工藝過程均適用，在電子束焊接中的應(yīng)用具有較強(qiáng)的代表性。

（二）壓力容器在役檢測(cè)目前，聲發(fā)射技術(shù)已成為金屬壓力容器檢測(cè)和安全評(píng)定的重要無損檢測(cè)方法之一，聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂紋擴(kuò)展情況。（2）檢測(cè)機(jī)械摩擦導(dǎo)致的容器磨損情況。（3）檢測(cè)焊接殘余應(yīng)力釋放情況。（4）監(jiān)測(cè)壓力容器中泄漏部位。第四節(jié)聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用51三、聲發(fā)射在土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用（一）確定損傷位置采用多個(gè)聲發(fā)射傳感器對(duì)土木結(jié)構(gòu)進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?？梢杂?jì)算出微小開裂信號(hào)產(chǎn)生的具體位置。（二）開裂類型識(shí)別聲發(fā)射監(jiān)測(cè)另一個(gè)主要應(yīng)用是判定聲發(fā)射開裂信號(hào)的性質(zhì)。目前，用于開裂類型識(shí)別的方法主要包括基于聲發(fā)射參數(shù)特征判別法、基于矩張量分析的簡(jiǎn)化格林函數(shù)分析方法以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的信號(hào)分類方法。（三）破壞前兆信息分析結(jié)構(gòu)在失穩(wěn)破壞前會(huì)出現(xiàn)一段低水平撞擊數(shù)的“平靜期”現(xiàn)象，“平靜期”可作為失穩(wěn)破壞的前兆判別信息。第四節(jié)聲發(fā)射檢測(cè)的應(yīng)用52四、聲發(fā)射在管道泄漏監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用管道泄漏引起內(nèi)部介質(zhì)和泄漏孔的摩擦進(jìn)而釋放出應(yīng)力波，該應(yīng)力波攜帶了泄漏源信息并且會(huì)沿著管壁進(jìn)行傳播。具體來說，在泄漏點(diǎn)處由于管內(nèi)外存在壓差，導(dǎo)致管道中的流體在泄漏處形成了多相湍射流，這不僅紊亂了管道內(nèi)流體的正常流動(dòng)，而且引起管道及周圍介質(zhì)相互作用，進(jìn)而不斷地向外輻射能量，其中一部分能量將在管壁上形成高頻應(yīng)力波，即聲發(fā)射信號(hào)。該聲發(fā)射信號(hào)將沿管壁向兩側(cè)傳播，布置在管道外壁的聲波傳感器可監(jiān)測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)的大小和位置。聲發(fā)射在管道泄漏監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)速度快、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；缺點(diǎn)是檢測(cè)距離短。復(fù)習(xí)思考題53什么是聲發(fā)射？金屬材料中的聲發(fā)射源有哪些？聲發(fā)射檢測(cè)方法的特點(diǎn)？為什么要用其它無損檢測(cè)方法對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行評(píng)價(jià)？

常用的無損檢測(cè)方法有哪些？什么是彈性變形和塑性變形？什么是凱賽爾效應(yīng)（Kaisereffect）？什么是費(fèi)利西蒂效應(yīng)（Felicityeffect）？什么是費(fèi)利西蒂比？什么是突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)？什么是連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)？造成聲波衰減的主要因素有哪些？聲波在固體介質(zhì)中的傳播速度與哪些因素有關(guān)？無損檢測(cè)（第2版）

第七章無損檢測(cè)新技術(shù)第一節(jié)激光超聲檢測(cè)激光超聲檢測(cè)是指用脈沖激光在物體中激勵(lì)產(chǎn)生和接收超聲波的過程，激光發(fā)射系統(tǒng)在被檢測(cè)物體上產(chǎn)生高熱量，從而產(chǎn)生超聲脈沖信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)激光照射到樣品表面時(shí)，超聲振動(dòng)會(huì)對(duì)它的反射光進(jìn)行調(diào)制，使超聲振動(dòng)信息轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑畔?。激光干涉儀能夠測(cè)量細(xì)微的表面位移或振動(dòng)，它把光信號(hào)攜帶的超聲振動(dòng)信息解調(diào)出來。目前，激光超聲檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于材料缺陷探測(cè)和定位，內(nèi)部損傷過程監(jiān)測(cè)，斷裂機(jī)理研究等工程領(lǐng)域中。55一、激光超聲檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)非接觸：通過激光脈沖在構(gòu)件上激勵(lì)超聲、用激光光學(xué)方法檢測(cè)超聲，實(shí)現(xiàn)了完全意義上的非接觸檢測(cè)。發(fā)射源到被測(cè)物之間的距離可遠(yuǎn)至10m，能夠在高溫、高壓、有毒或放射性等惡劣條件下進(jìn)行遠(yuǎn)距離非接觸無損檢測(cè)。寬帶：激光超聲在時(shí)間和空間上都具有極高的分辨率，激發(fā)的超聲脈沖寬度可達(dá)lns，頻率可達(dá)GHz，而相應(yīng)的波長(zhǎng)只有幾微米，這就提高了探測(cè)微小缺陷的能力和測(cè)量的精度，非常適合超薄材料缺陷的無損檢測(cè)和物質(zhì)微結(jié)構(gòu)的研究。實(shí)時(shí)在線：由于激光超聲的激發(fā)和檢測(cè)都是在瞬間完成的，能夠快速實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，是工業(yè)上定位、在線監(jiān)測(cè)、快速超聲掃描成像的極好手段。適用面廣：激光激發(fā)超聲現(xiàn)象在固體、液體和氣體中均存在，而且對(duì)樣品的形狀基本沒有限制，使得激光超聲技術(shù)有著很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。56二、激光超聲激發(fā)原理（一）熱彈性激發(fā)原理熱彈效應(yīng)對(duì)應(yīng)使用的激光功率密度較低，照射到固體表面的激光會(huì)使其局部溫度迅速升高，表面發(fā)生熱脹冷縮的機(jī)械變形。固體表面同時(shí)受到外部約束和內(nèi)部的相互約束，在不斷發(fā)生熱脹冷縮的過程中，固體表層就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變和應(yīng)力，從而激發(fā)出超聲縱波、橫波和表面波。由于固體淺表層的局部升溫并沒有導(dǎo)致材料的任何相變，所以熱彈效應(yīng)激發(fā)具有無損的特點(diǎn)，它是激光超聲使用最廣泛的方法。（二）燒蝕性激發(fā)原理燒蝕激發(fā)對(duì)應(yīng)使用的激光功率密度一般高于固體表面的損傷閾值，相應(yīng)的溫升速度更快，在激發(fā)過程中甚至可以使固體表面部分材料被氣化、電離產(chǎn)生等離子體，這個(gè)現(xiàn)象可能會(huì)產(chǎn)生垂直于材料表面的反作用力脈沖，從而激發(fā)超聲波。這種機(jī)制的超聲激發(fā)效率比熱彈效應(yīng)的高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以獲得大幅度的縱波、橫波和表面波；但是，由于它每次會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生微米尺度的損傷，只能僅限于某些需要較強(qiáng)超聲信號(hào)的場(chǎng)合。57三、激光超聲檢測(cè)原理（一）非干涉儀檢測(cè)非干涉儀檢測(cè)方法是利用超聲到達(dá)樣品表面或沿著表面?zhèn)鞑r(shí)，樣品表面形狀或反射率改變，導(dǎo)致反射光的位置或強(qiáng)度變化來實(shí)現(xiàn)。常用的非干涉儀檢測(cè)方法有：1.光偏轉(zhuǎn)法光偏轉(zhuǎn)法又稱刀刃法，是光檢測(cè)方法中最基本和最簡(jiǎn)單的方法，在激光超聲非接觸檢測(cè)中應(yīng)用最多的一種方法。一束直徑為D的激光束經(jīng)過焦距為F1的透鏡L1聚焦到樣品表面上，在樣品表面受到聲擾動(dòng)時(shí)，并且入射于表面的探測(cè)光斑的尺寸比要檢測(cè)的最短聲波長(zhǎng)小時(shí)，會(huì)因?yàn)闃悠繁砻娴穆晹_動(dòng)，發(fā)生變形使反射光發(fā)生偏轉(zhuǎn)。反射光通過焦距為F2的聚焦透鏡L2后，一半被刀刃擋住，另一半透過L3聚焦進(jìn)入光電二極管，若表面收到聲擾動(dòng)，光通量發(fā)生相應(yīng)的變化，光電二極管輸出的電流便攜帶了聲脈沖的信息。圖7-1刀刃法技術(shù)原理圖58三、激光超聲檢測(cè)原理2.光柵衍射法其原理是將聲表面波的位移作為電場(chǎng)振幅來檢測(cè)。當(dāng)入射光斑的尺寸相當(dāng)于幾個(gè)聲波長(zhǎng)時(shí)，由于Bragg效應(yīng)或者Raman-Nath效應(yīng)，光束發(fā)生衍射，出現(xiàn)一級(jí)或者多級(jí)衍射光分布在鏡式反射的零級(jí)光的一側(cè)或者兩側(cè)。衍射光的傳播方向與聲波和光波有關(guān)。采用光柵衍射方法測(cè)量聲信號(hào)振幅，要求事先知道材料的聲波頻率和速度。該方法已用于材料表面聲波的測(cè)量，其缺點(diǎn)是效率低，且要求滿足鏡面反射。時(shí)：當(dāng)入射角為其中λ與λ0分別為光波長(zhǎng)與聲波長(zhǎng)，當(dāng)聲振幅比光波長(zhǎng)小得多時(shí)，第一級(jí)和零級(jí)衍射光的相對(duì)強(qiáng)度為：式中，J1(k0u)是第一類一階貝塞爾函數(shù)，u是峰值表面位移。圖7-2表面柵衍射原理圖59三、激光超聲檢測(cè)原理式中是光波矢，，是聲位移的振幅，相位調(diào)制可以用兩種技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成光電流：一種是將相位調(diào)制轉(zhuǎn)換成光電流振幅，也叫做零差干涉技術(shù)；一種是把相位調(diào)制轉(zhuǎn)換成射頻電流的相位，即外差干涉儀。

（二）干涉儀檢測(cè)干涉儀檢測(cè)方法是基于超聲在表面?zhèn)鞑セ虻竭_(dá)樣品表面時(shí)的位移引起光束的相位和頻率調(diào)制。常用的干涉儀檢測(cè)方法有：1.零差干涉儀技術(shù)基于零差干涉儀原理建立的光探針檢測(cè)儀，可以測(cè)量任何垂直于表面的位移。一束激光垂直照射在樣品的振動(dòng)表面，從表面反射的光的相位受到垂直表面位移的調(diào)制。設(shè)振動(dòng)位移為，則光相位的變化為：圖7-3零差干涉儀原理圖60三、激光超聲檢測(cè)原理式中是和

表面法線的角，

和分別是面內(nèi)和面外的位移。按貝塞爾函數(shù)展開，由載頻和兩個(gè)邊頻的高度求出平面內(nèi)垂直于平面的位移。因此這種方法適用檢測(cè)平行于表面的位移。當(dāng)其采用零差時(shí)

，和是兩束探測(cè)光的波矢量。2.差分干涉儀技術(shù)差分干涉儀是將來自同一光源的兩束光照射到樣品的同一點(diǎn)以得到差分干涉探測(cè)。兩束探測(cè)光可以是相同頻率，也可以使其中一束通過Bragg聲光調(diào)制產(chǎn)生頻移。然后接收從表面反射的光束，若有N個(gè)散斑的平均光強(qiáng)被探測(cè)器接收，則檢測(cè)光強(qiáng)為：圖7-4差分干涉儀原理圖61三、激光超聲檢測(cè)原理令表面位移引起R光的相移為，則S光的相移為，光電流的表達(dá)式為：3.速度（時(shí)延）干涉儀技術(shù)速度干涉儀原理是基于來自振動(dòng)的樣品表面散斑光與自身經(jīng)歷時(shí)間延遲后的散射光相干涉的原理?？梢詰?yīng)用于粗糙表面檢測(cè)，且不受低頻振動(dòng)的影響。速度干涉儀有雙波束干涉儀和多波束干涉儀。式中是在一臂中引入的相移，為了保證干涉儀相位平方律檢測(cè)條件

。當(dāng)，上式的交流分量為：這種干涉儀的缺點(diǎn)是檢測(cè)效率低且只適用于高頻超聲。圖7-5時(shí)延干涉儀原理圖62四、激光超聲檢測(cè)應(yīng)用幾何尺寸測(cè)量。

如厚度、高度等。采用激光超聲可實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下工件的厚度檢測(cè)。通過對(duì)超聲信號(hào)差值和互相關(guān)處理，可實(shí)現(xiàn)高溫壓力容器壁厚的無損檢測(cè)。力學(xué)特性評(píng)價(jià)。

如測(cè)量殘余應(yīng)力、彈性模量。在已知材料聲彈性系數(shù)的基礎(chǔ)上，只要測(cè)量出具有殘余應(yīng)力材料中的表面波聲速變化分布，就可以檢測(cè)出表面殘余應(yīng)力的分布。缺陷檢測(cè)。

激光超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)包括縱波、橫波和瑞利波在內(nèi)的整個(gè)超聲波都具有較高的靈敏度，所以可以通過選擇不同的波型來探測(cè)體內(nèi)、表面和亞表面的缺陷。63第二節(jié)紅外無損檢測(cè)紅外無損檢測(cè)是基于紅外輻射原理，通過掃描、記錄或觀察被檢測(cè)對(duì)象的紅外熱輻射信號(hào)，進(jìn)行工件表面及內(nèi)部缺陷檢測(cè)或分析材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)方法。紅外無損檢測(cè)具有直觀、快速、單次掃描面積大、可遠(yuǎn)距離及非接觸檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到快速發(fā)展。一、紅外無損檢測(cè)基礎(chǔ)(一)紅外輻射概念紅外輻射是一種電磁波，它的波長(zhǎng)范圍是760nm~1mm，介于微波與可見光之間。根據(jù)波長(zhǎng)不同，紅外輻射又分為三個(gè)波段：（1）近紅外波段，波長(zhǎng)0.75~3mm；（2）中紅外波段，波長(zhǎng)3.0~20mm；（3）遠(yuǎn)紅外波段，波長(zhǎng)20mm~1mm。（二）紅外輻射理論基爾霍夫定律基爾霍夫定律描述了物體的輻射出射度與吸收比之間的關(guān)系：在熱力學(xué)平衡的條件下，相同溫度的不同物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻射出射度與單色吸收比的比值都相等，且等于該溫度下黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻射出射度。數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫為：式中，

是黑體的輻射出射度，

是黑體的吸收比，數(shù)值為1?；鶢柣舴蚨杀砻?，物體的輻射能力越大，它的吸收能力也越大。65一、紅外無損檢測(cè)基礎(chǔ)普朗克輻射定律由基爾霍夫定律的描述以及量子學(xué)相關(guān)理論，普朗克推導(dǎo)出黑體輻射的普朗克公式。普朗克輻射定律是黑體輻射的基本定律，其確定了物體波長(zhǎng)和溫度與黑體輻射出射度的關(guān)系：式中c為真空中的光速，c=3×108m/s；h為普朗克常數(shù)，h=6.6256×10-34J·S；KB為玻爾茲曼常數(shù)，KB=1.38054×10-23J/K；C1為第一輻射常數(shù)，C1=2πhc2；C2為第二輻射常數(shù)，C2=hc/KB；T為絕對(duì)溫度；λ為波長(zhǎng)；Mbλ(λ,T)為輻射出射度。66一、紅外無損檢測(cè)基礎(chǔ)斯蒂芬-玻爾茲曼定律根據(jù)基爾霍夫定律和普朗克公式，斯蒂芬-玻爾茲曼定律被提出描述黑體的全波段輻射出射度與溫度T的關(guān)系，該定律是所有紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)定律。此處給出運(yùn)算及化簡(jiǎn)后的表達(dá)式：式中，表示斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)。由該定律可知，物體紅外輻射的能量密度與其自身的熱力學(xué)溫度T的四次方成正比。因此，材料表面微弱的溫度變化可以引起非常大的輻射功率變化。67一、紅外無損檢測(cè)基礎(chǔ)（三）紅外輻射在大氣中的傳輸紅外輻射作為一種電磁波，它在傳輸方面具有自己的特點(diǎn)。當(dāng)紅外輻射在大氣中傳輸時(shí)，大氣中的水蒸氣、二氧化碳、臭氧、一氧化碳等氣體的分子會(huì)有選擇地吸收一定波長(zhǎng)的紅外輻射，導(dǎo)致紅外輻射的能量發(fā)生衰減，且這種衰減具有選擇性。實(shí)驗(yàn)表明，能夠順利地透過大氣的紅外輻射主要有三個(gè)波長(zhǎng)范圍：1~2.5mm、3~5mm和8~14mm。一般將這三個(gè)波長(zhǎng)范圍叫做“大氣窗口”。68二、紅外無損檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)紅外無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：適用范圍廣。任何溫度高于絕對(duì)零度（0K）的物體都有紅外輻射，因此，紅外無損檢測(cè)具有廣泛的適應(yīng)性。檢測(cè)結(jié)果直觀。采用紅外熱像儀或熱電視，可以以圖像的方式，測(cè)取被檢物表面的溫度場(chǎng)，被檢物表面各處的溫度分布一目了然。檢測(cè)效率高。紅外探測(cè)器的響應(yīng)速度可以達(dá)到納秒級(jí)，且能夠?qū)嵤┐竺娣e快速掃描，檢測(cè)效率非常高。檢測(cè)靈敏度高。目前的紅外探測(cè)器對(duì)紅外輻射的探測(cè)靈敏度很高，可以檢測(cè)出0.01°C的溫度差，能夠捕捉到被檢測(cè)對(duì)象熱狀態(tài)的細(xì)微變化。操作安全。紅外無損檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的非接觸式檢測(cè)，安全性好，尤其適合監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備、動(dòng)力機(jī)械設(shè)備及高溫設(shè)備等的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。69二、紅外無損檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)紅外無損檢測(cè)技術(shù)的主要局限性有：確定溫度值困難。被檢物體的紅外輻射除與其溫度有關(guān)外，還受其它因素的影響，特別是物體表面狀態(tài)的影響，因此很難準(zhǔn)確地確定出被檢對(duì)象上某一點(diǎn)確切的溫度值。難于確定被檢物體的內(nèi)部熱狀態(tài)。物體的紅外輻射主要是其表面的紅外輻射，主要反映了表面的熱狀態(tài)，而不可能直接反映出物體內(nèi)部的熱狀態(tài)。價(jià)格昂貴。紅外無損檢測(cè)儀器是高技術(shù)產(chǎn)品，更新?lián)Q代迅速，生產(chǎn)批量不大，價(jià)格昂貴。70三、紅外無損檢測(cè)技術(shù)及原理紅外無損檢測(cè)技術(shù)根據(jù)是否依賴于外部熱激勵(lì)源，可分為被動(dòng)紅外檢測(cè)和主動(dòng)紅外檢測(cè)。被動(dòng)紅外檢測(cè)是利用被測(cè)目標(biāo)的溫度與周圍環(huán)境溫度不同的條件，在被測(cè)目標(biāo)與環(huán)境的熱交換過程中進(jìn)行檢測(cè)。主動(dòng)紅外檢測(cè)是指通過增加主動(dòng)激勵(lì)源的方式來增強(qiáng)被檢測(cè)對(duì)象表面的熱輻射，以得到溫度差異更明顯的熱圖，提高檢測(cè)精度?；谥鲃?dòng)紅外熱像技術(shù)的無損檢測(cè)，影響其檢測(cè)效果的主要是熱激勵(lì)、表面熱圖采集及圖像數(shù)據(jù)處理等三方面內(nèi)容。71三、紅外無損檢測(cè)技術(shù)及原理（一）熱激勵(lì)熱激勵(lì)的目的是將外部能量輸入檢測(cè)對(duì)象，提高缺陷處與周圍正常區(qū)域的溫度差，并且將這一溫度差反應(yīng)到材料表面。熱燈激勵(lì)：熱燈激勵(lì)包括熱效率較高的大功率鹵素白熾燈和紅外線燈。超聲波激勵(lì)：超聲激勵(lì)是將超聲波脈沖發(fā)射到樣品中，利用聲能在工件中衰減而轉(zhuǎn)化成的熱能來進(jìn)行檢測(cè)。主要依據(jù)是缺陷及損傷區(qū)域的彈性性質(zhì)與鄰近無缺陷區(qū)域存在不同。超聲波激勵(lì)對(duì)缺陷具有選擇性加熱的特點(diǎn)，受背景噪聲影響小，得到的熱圖像對(duì)比度高。但接觸式超聲激勵(lì)需要耦合劑，復(fù)雜形貌構(gòu)件的檢測(cè)受限。72三、紅外無損檢測(cè)技術(shù)及原理（一）熱激勵(lì)電磁激勵(lì)：電磁激勵(lì)是基于電磁渦流感應(yīng)原理的一種激勵(lì)方式，優(yōu)點(diǎn)是速度快、非接觸，信噪比高，特別適合于金屬材料的裂紋檢測(cè)；缺點(diǎn)是對(duì)弱導(dǎo)電材料和絕緣材料不適用，且由于電流的趨膚效應(yīng)，探測(cè)深度較淺。其他激勵(lì)方式：微波作為紅外熱像無損檢測(cè)技術(shù)的熱激勵(lì)源，對(duì)陶瓷、木制品等材料具有良好的熱激勵(lì)效果，不適用于金屬零件。此外，還有研究者將激光作為主動(dòng)紅外熱像無損檢測(cè)的激勵(lì)源進(jìn)行研究。激光激勵(lì)雖然具有能量集中的優(yōu)勢(shì)，但是激勵(lì)源設(shè)備復(fù)雜，操作不當(dāng)易對(duì)人員和材料造成損傷。73三、紅外無損檢測(cè)技術(shù)及原理（二）紅外圖像采集紅外熱波無損檢測(cè)技術(shù)的核心設(shè)備之一是紅外熱像儀，用于接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量并獲得紅外熱像圖，即將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，它的性能直接影響到對(duì)缺陷的檢測(cè)效果。溫度分辨率是表征紅外熱像儀測(cè)溫精度的關(guān)鍵參數(shù)，決定熱像儀溫度分辨率的核心元件是紅外探測(cè)器。根據(jù)使用的傳感器不同，目前的紅外熱像儀可分為制冷型和非制冷型兩種。制冷型使用紅外光子探測(cè)器，優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)快，缺點(diǎn)是探測(cè)波段窄、需在低溫下工作（一般低于200K）。非制冷型使用熱探測(cè)器，優(yōu)點(diǎn)是可以在常溫下工作，無需制冷，缺點(diǎn)是靈敏度低、響應(yīng)慢。74三、紅外無損檢測(cè)技術(shù)及原理75（三）紅外圖像處理在紅外無損檢測(cè)中，由于受到環(huán)境噪聲、加熱不均勻以及實(shí)際溫度變化等情況的影響，可能會(huì)使原始紅外圖像出現(xiàn)信噪比低、缺陷信號(hào)弱、噪聲覆蓋缺陷信息的情況，因此需要對(duì)紅外序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，消除噪聲干擾、提高信噪比、增強(qiáng)缺陷圖像信息，提高缺陷識(shí)別度。紅外圖像的處理依賴于各種數(shù)字圖像處理技術(shù)，目前在主動(dòng)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用較多的圖像處理方法主要有：原始熱圖的濾波降噪、缺陷特征提取和邊緣檢測(cè)、序列熱圖的處理方法等。三、紅外無損檢測(cè)應(yīng)用76（一）材料、結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)紅外熱成像檢測(cè)不受材料性質(zhì)的限制，目前主要集中應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域的檢測(cè)，對(duì)裂紋、脫黏、沖擊損傷等缺陷的檢出率較高，亦可用于復(fù)合材料膠接質(zhì)量、蒙皮鉚接質(zhì)量、局部密度等的檢測(cè)。（二）焊接過程檢測(cè)采用紅外點(diǎn)溫儀在焊接過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫或熱影響區(qū)某點(diǎn)或多點(diǎn)溫度，進(jìn)行焊接參數(shù)的實(shí)時(shí)修正。采用紅外熱像儀檢測(cè)焊接過程中的熔池及其附近區(qū)域的紅外圖像，經(jīng)過分析處理，獲得焊縫寬度、焊道的熔透情況等信息，對(duì)焊接過程質(zhì)量與焊縫尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。三、紅外無損檢測(cè)應(yīng)用77（三）設(shè)備狀態(tài)的紅外熱像診斷電力和石化目前是紅外無損檢測(cè)技術(shù)的兩個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。采用紅外無損檢測(cè)方法能夠獲取電器和石化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的大量信息，從而判斷出設(shè)備是否正常運(yùn)行。（四）渦輪葉片及涂層檢測(cè)采用紅外熱成像技術(shù)對(duì)航空設(shè)備的渦輪葉片內(nèi)部冷卻風(fēng)道的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，將紅外技術(shù)與聲發(fā)射方法配合使用，能夠?qū)u輪葉片損傷進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。此外，紅外無損檢測(cè)技術(shù)還可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層損傷檢測(cè)、冷卻通道堵塞檢測(cè)等方面。第三節(jié)太赫茲?rùn)z測(cè)78太赫茲(THz)波的頻率介于微波和紅外之間，是電磁波譜的一部分。近年來，伴隨著半導(dǎo)體和超快電子技術(shù)的發(fā)展，太赫茲無損檢測(cè)技術(shù)也逐步重新成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)，并且在許多領(lǐng)域得到了廣泛研究。一、太赫茲?rùn)z測(cè)特點(diǎn)79太赫茲波是某一頻段的電磁波，其波的頻率范圍為0.1THz~10THz，波長(zhǎng)為0.03~3mm，在電磁波譜中的位置處于微波與紅外光之間，也被稱為遠(yuǎn)紅外射線。與微波相比，太赫茲波段具有更高的頻率和更寬的頻帶寬，因此可以承載更多的信息，并且可以提高通信速率以及分辨率；與紅外光相比，太赫茲波的穿透性好，便于實(shí)現(xiàn)透射成像，并且在惡劣環(huán)境下也具有更好的成像能力。太赫茲具有“指紋”特性，太赫茲波具有識(shí)別和鑒別物質(zhì)的能力。圖7-6太赫茲波譜二、太赫茲?rùn)z測(cè)方法80（一）太赫茲成像檢測(cè)1.太赫茲層析成像檢測(cè)當(dāng)太赫茲波入射到被測(cè)物體上時(shí)，由于太赫茲波與物體作用會(huì)發(fā)生衍射、散射、折射等，導(dǎo)致發(fā)射波的能量在穿過非均質(zhì)物體之后產(chǎn)生不同程度的衰減，通過這種不同程度的衰減就可以對(duì)物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行還原。與X射線的層析成像相比較，太赫茲層析成像穿透性較差且其分辨率較低，但是太赫茲波照射到物體時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電離效應(yīng)，因此更加適用于對(duì)安全性要求更高的場(chǎng)合。2.太赫茲干涉成像檢測(cè)太赫茲干涉成像檢測(cè)的理論基礎(chǔ)是光學(xué)領(lǐng)域的范希特-澤尼克定理，該定理主要描述了目標(biāo)源強(qiáng)度分布與其復(fù)相干度所滿足的傅里葉變換關(guān)系。根據(jù)此定理，在不同的基線距離下對(duì)目標(biāo)輻射信號(hào)進(jìn)行復(fù)相關(guān)接收獲得復(fù)可視度函數(shù)序列，然后通過傅里葉逆變換即可獲取目標(biāo)圖像。太赫茲干涉成像技術(shù)可以有效提高成像分辨率，并且在探測(cè)元數(shù)目較少的情況下，可以高質(zhì)量地重建目標(biāo)圖像。二、太赫茲?rùn)z測(cè)方法81（二）太赫茲光譜技術(shù)太赫茲光譜技術(shù)通常是指太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)，其采用脈沖式時(shí)域相干測(cè)量，具有光譜帶寬大的特性，可提供物質(zhì)在THz波段的豐富光譜信息。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)主要由飛秒激光源、光電導(dǎo)天線或光整流晶體發(fā)射器、電光采樣探測(cè)器、時(shí)域延遲裝置和計(jì)算機(jī)組成。通過分光器將飛秒激光分為兩束：一束為泵浦光束，其用于產(chǎn)生THz波；一束為探測(cè)光束，其經(jīng)過延遲裝置與透射或者反射樣本后的THz光束共同入射到電光采樣探測(cè)器中，最后經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析提取延時(shí)函數(shù)，得到時(shí)域光譜圖形，通過傅里葉變換可以得到頻域光譜。三、太赫茲?rùn)z測(cè)應(yīng)用821.復(fù)合材料檢測(cè)太赫茲技術(shù)具有分辨率高、穿透性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為一種很有前途的復(fù)合材料缺陷無損檢測(cè)技術(shù)。通過太赫茲脈沖成像（TPI）測(cè)量太赫茲脈沖波形（如圖7-7），之后利用快速傅里葉變換可以得到時(shí)域THz波、頻率幅值以及相應(yīng)的相位信息，由此可以得到復(fù)合材料的內(nèi)部信息，可檢測(cè)出復(fù)合材料中的分層、孔隙等缺陷。圖7-7測(cè)量得到的太赫茲脈沖波形：

(a)時(shí)域波形；(b)傅里葉變換得到的頻譜圖7-8玻璃纖維復(fù)合材料的THz無損檢測(cè)圖7-9纖維復(fù)合材料的探傷成像：

(a)太赫茲脈沖成像；(b)超聲成像三、太赫茲?rùn)z測(cè)應(yīng)用832.熱障涂層檢測(cè)TBC是一種應(yīng)用于高溫金屬表面的先進(jìn)材料系統(tǒng)，如燃?xì)鉁u輪和航空發(fā)動(dòng)機(jī)。通常，TBC系統(tǒng)包括陶瓷面漆和金屬基板上的金屬粘結(jié)涂層。在TBC結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的服役過程中，一些