第6章聲發(fā)射檢測(cè)

1、.6. 4 聲發(fā)射檢測(cè)聲發(fā)射檢測(cè)本節(jié)學(xué)習(xí)需要解決的問題：本節(jié)學(xué)習(xí)需要解決的問題：A. 什么是聲發(fā)射？B. 聲發(fā)射檢測(cè)的原理是什么？C. 聲發(fā)射檢測(cè)具有什么特點(diǎn)？D. 聲發(fā)射檢測(cè)是如何進(jìn)行的？E. 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景如何？. 6. 4. 1 概述概述 聲發(fā)射 (Acoustic Emission =AE) 材料受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂, 以彈性波形式釋放出應(yīng)力應(yīng)變能的現(xiàn)象以彈性波形式釋放出應(yīng)力應(yīng)變能的現(xiàn)象 聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍 從次聲頻、聲頻到數(shù)十 MHz 超聲頻 聲發(fā)射信號(hào)幅度范圍可從幾微伏到上百伏 聲發(fā)射技術(shù)用儀器檢測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)并利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源

2、. 德國(guó)人Kaiser于19501953 年期間觀察到金屬鋅、銅、鋁及鉛都有聲發(fā)射現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)了聲發(fā)射的不可逆效應(yīng) Kaiser效應(yīng)聲發(fā)射檢測(cè)的物理基礎(chǔ) 由于材料塑性形變具有不可逆的特點(diǎn)，由塑性形變引起的聲發(fā)射也不可逆的。第二次重復(fù)載荷當(dāng)超過第一次最大載荷時(shí)才產(chǎn)生聲發(fā)射，這一現(xiàn)象稱為聲發(fā)射的不可逆效應(yīng). 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)射換能器探測(cè)的表面位移， 這些探測(cè)器將材料的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 然后再被放大、處理和記錄 Principle of acoustic emission6. 4. 2 聲發(fā)射檢測(cè)原理聲發(fā)射檢測(cè)原理.6. 4. 3 聲發(fā)射信號(hào)聲發(fā)射信

3、號(hào) 6. 4. 3. 1 聲發(fā)射信號(hào)的傳播聲發(fā)射信號(hào)的傳播 理想半無限大固體內(nèi)：聲發(fā)射信號(hào)以縱波、橫波等模式從聲發(fā)射源傳到傳感器 實(shí)際情形：聲發(fā)射信號(hào)因界面反射作用，不斷多次反射而到達(dá)傳感器，稱為循軌波循軌波。傳感器接收的是由于界面反射產(chǎn)生變換的幾種波模式的疊加傳感器橫波縱波表面波波源傳感器波源 半無限大固體內(nèi)聲發(fā)射波的傳播半無限大固體內(nèi)聲發(fā)射波的傳播 循軌波的傳播情況循軌波的傳播情況. 1. 連續(xù)聲發(fā)射信號(hào)連續(xù)聲發(fā)射信號(hào) 一種發(fā)射次數(shù)很多的連續(xù)波形 連續(xù)型信號(hào)對(duì)應(yīng)變速率敏感，主要與材料的位錯(cuò)和交叉滑移等塑性變形有關(guān)6. 4. 4 聲發(fā)射信號(hào)的兩種基本類型聲發(fā)射信號(hào)的兩種基本類型 連續(xù)型聲發(fā)射

4、信號(hào). 2. 突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào) 當(dāng)脆性材料或帶裂紋的金屬材料在裂紋不連續(xù)擴(kuò)展時(shí)所發(fā)出的高幅值、不連貫、持續(xù)時(shí)間為微秒級(jí)的單個(gè)應(yīng)力波脈沖 突然型信號(hào)主要與材料中的堆跺層錯(cuò)的形成和機(jī)械孿晶以及裂紋的形成和斷裂過程有關(guān) 突發(fā)型聲發(fā)射次數(shù)少，幅度大，發(fā)生部位限制在某個(gè)區(qū)域，脈沖的形狀各不相同突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào).6. 4. 5. 1 聲發(fā)射信號(hào)的波形聲發(fā)射信號(hào)的波形 由聲發(fā)射源產(chǎn)生的彈性波，其縱波分量先到達(dá)換能器。用諧振式傳感器測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)波形如右圖所示 由于衰減，聲發(fā)射信號(hào)逐漸減小。后面出現(xiàn)的小峰是這同一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)的反射波或除縱波以外的其它模式的波。每一個(gè)脈沖稱為振

5、鈴振鈴。脈沖峰值包絡(luò)線所圍起來的一個(gè)大的信號(hào)稱為聲發(fā)射事件聲發(fā)射事件 1: 達(dá)到最大輸出幅度上升時(shí)間t； 2: 閾值電壓Vt； 3: 最大信號(hào)輸出幅度Vp； 4: 事件寬度te； 5: 事件間隔時(shí)間ti；46. 4. 5 聲發(fā)射信號(hào)的表征聲發(fā)射信號(hào)的表征. 為排除噪聲干擾，可設(shè)置閾值電壓 Vt ，當(dāng)傳感器輸出信號(hào)低于閾值電壓時(shí)無效 從包絡(luò)線超過 Vt 的一點(diǎn)開始到包絡(luò)線降到 Vt的時(shí)間稱為事件寬度te 為避免同一個(gè)事件的反射信號(hào)當(dāng)作另一個(gè)事件處理，設(shè)置事件間隔時(shí)間 ti，在該時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)，儀器不予處理 te+ti 稱為事件時(shí)間或事件持續(xù)事件 1: 達(dá)到最大輸出幅度上升時(shí)間 t 2: 閾值電

6、壓 Vt； 3: 最大信號(hào)輸出幅度 Vp 4: 事件寬度 te 5: 事件間隔時(shí)間 ti4.6. 4. 5. 2 聲發(fā)射的測(cè)量參數(shù)聲發(fā)射的測(cè)量參數(shù) （1）事件計(jì)數(shù)）事件計(jì)數(shù) 事件計(jì)數(shù)事件計(jì)數(shù) 在事件持續(xù)時(shí)間內(nèi)，對(duì)一個(gè)事件計(jì)一次數(shù)的方法。如在事件持續(xù)時(shí)間內(nèi)到達(dá)了另一個(gè)越過閾值的事件，則當(dāng)做前一個(gè)事件的反射信號(hào)處理，不計(jì)入計(jì)數(shù)內(nèi) 事件計(jì)數(shù)率事件計(jì)數(shù)率 單位時(shí)間內(nèi)的事件數(shù)目 事件總計(jì)數(shù)事件總計(jì)數(shù) 從試驗(yàn)開始到某一個(gè)階段（如試驗(yàn)結(jié)束）的事件總數(shù)4. （2）振鈴計(jì)數(shù)）振鈴計(jì)數(shù) 振鈴 換能器每振蕩一次輸出的一個(gè)脈沖 振鈴計(jì)數(shù) 對(duì)一持續(xù)時(shí)間內(nèi)超過門檻電壓（閾值電壓）的振鈴次數(shù)的計(jì)數(shù) 振鈴計(jì)數(shù)率單位時(shí)間內(nèi)的振

7、鈴計(jì)數(shù) 振鈴總計(jì)數(shù)某一特定時(shí)間內(nèi)總的振鈴計(jì)數(shù) 振鈴事件比用單位事件的振鈴計(jì)數(shù)即振鈴計(jì)數(shù)/事件4. 如將一個(gè)聲發(fā)射事件的振鈴信號(hào)看成阻尼正弦波，則有： 式中， V ：瞬時(shí)電壓； Vp ：峰值電壓； ：角頻率； ：衰減系數(shù)； t：時(shí)間； teVVtpsin 聲發(fā)射信號(hào)的阻尼正弦波模型. 以 t* 表示振鈴下降到閾值電壓 Vt 所需要的時(shí)間，如果 t* 2/（比振蕩周期)，則振鈴計(jì)數(shù)為： 從瞬時(shí)電壓計(jì)算式可以近似有： 帶入上式得： *tpteVVtpVVNln22)/2(ttN.討論： 一個(gè)事件的振鈴與傳感器的諧振頻率、傳感器的阻尼、閾值電壓和信號(hào)幅度等因素有關(guān) 實(shí)際測(cè)試中，傳感器諧振頻率是固定的；

8、對(duì)同一傳感器，同一試樣，可認(rèn)為衰減系數(shù)是常數(shù) 結(jié)論 振鈴計(jì)算在一定程度上反映了信號(hào)的幅度振鈴計(jì)算在一定程度上反映了信號(hào)的幅度tpVVNln2. （3） 幅度和幅度分布幅度和幅度分布 聲發(fā)射信號(hào)幅度可用于量度聲發(fā)射信號(hào)的能量 聲發(fā)射信號(hào)幅度 指按聲發(fā)射信號(hào)峰值的大小分別進(jìn)行事件計(jì)數(shù)，其表示方法有兩種： 1）累計(jì)事件幅度分布）累計(jì)事件幅度分布 F (V) 即統(tǒng)計(jì)信號(hào)峰值高于 Vi 的事件數(shù)。i 通常取 5、10、100及1000。以i=10為例，將放大器的輸出動(dòng)態(tài)范圍，按線性或?qū)?shù)的規(guī)律分為10等分稱為10檔，每檔有一下限電平，接收到的聲發(fā)射事件峰值幅度大于某一擋下限電平時(shí)，所有下限電平低于這一檔

9、的計(jì)數(shù)器都計(jì)一次數(shù)?？梢?， F(V) 是Vi的函數(shù). 實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)(V) 和Vi 存在以下關(guān)系： 將此式取對(duì)數(shù)繪成圖形是一直線，指數(shù) b 是這條直線的斜率 biVVF. 2） 微分事件幅度分布微分事件幅度分布 f (V) f (V) 等于幅度位于 Vi 和 Vi+1 之間的聲發(fā)射事件數(shù)。通常用直方圖表示，x 軸為幅度的檔，y 軸為各檔的事件數(shù) 在幅度分析中，可用一個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)值來描述整個(gè)幅度分布，其作用在于可以區(qū)別斷裂特征其作用在于可以區(qū)別斷裂特征。當(dāng)裂紋以大臺(tái)階擴(kuò)展、大幅度聲發(fā)射信號(hào)比例較大時(shí)，此參數(shù)值就低。當(dāng)裂紋以小臺(tái)階擴(kuò)展、次數(shù)很多時(shí)，此參數(shù)就大。若產(chǎn)生聲發(fā)射的結(jié)構(gòu)不變，則當(dāng)同一因素（如傳

10、播距離變化）而影響幅值時(shí)，此參數(shù)不變 iiiiVVVFVFVf11()顯然，.（4） 能量能量 瞬變信號(hào)的能量為： 式中，R：電壓測(cè)量線路的輸入阻抗 V(t)：與時(shí)間有關(guān)的電壓 將聲發(fā)射信號(hào)的幅度平方，然后進(jìn)行包絡(luò)線檢波，求出包絡(luò)線檢波后的包絡(luò)線所圍面積，可作為信號(hào)所包含的能量的量度 021dttVRE.6. 4. 6 聲發(fā)射信號(hào)的采集和處理分析方法聲發(fā)射信號(hào)的采集和處理分析方法 1.頻譜分析頻譜分析 存貯和記錄聲發(fā)射信號(hào)的波形,對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析 2.波形特征參數(shù)分析和處理波形特征參數(shù)分析和處理 以多個(gè)簡(jiǎn)化的波形特征參數(shù)來表示聲發(fā)射信號(hào)的特征，然后對(duì)這些波形特征參數(shù)進(jìn)行分析和處理.6. 4.

11、 6. 1 聲發(fā)射信號(hào)波形分析方法聲發(fā)射信號(hào)波形分析方法 經(jīng)典譜分析方法 現(xiàn)代譜分析方法 小波分析方法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別分析方法帶保溫層壓力容器的帶保溫層壓力容器的保溫層摩擦聲發(fā)射信號(hào)的保溫層摩擦聲發(fā)射信號(hào)的小波分析結(jié)果小波分析結(jié)果. 譜分析方法 用寬頻探頭采集和記錄整個(gè)頻率范圍內(nèi)的聲發(fā)射波形信號(hào)，再借助于現(xiàn)代信號(hào)處理手段，進(jìn)行信號(hào)特征提取；運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其它模式識(shí)別方法進(jìn)行聲發(fā)射源的判別，以對(duì)缺陷進(jìn)行定性分析.6. 4. 6. 2 聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)分析方法聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)分析方法特征參數(shù)分析法 可確定聲發(fā)射源的強(qiáng)度 和活動(dòng)程度特點(diǎn)： 信號(hào)量大，分析實(shí)時(shí)性強(qiáng) 近幾十年來聲發(fā)射儀器采

12、用的主要方法 目前壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)使用的主要方式不足： 波形特征參數(shù)中有大量信息損失.特征參數(shù)分析常用法：1. 參數(shù)隨時(shí)間的變化分析2. 參數(shù)的分布分析3. 參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析幅度分布圖. 6. 4. 7 聲發(fā)射源的定位分析方法聲發(fā)射源的定位分析方法1. 區(qū)域定位法 對(duì)傳感器布置位置無特殊要求，聲源位置就是首先接收到源信號(hào)的傳感器的位置優(yōu)點(diǎn)：傳感器位置布置靈活 檢測(cè)范圍大缺點(diǎn)：檢測(cè)到的聲源的位置僅表示一定區(qū)域，具有不確定性.2. 點(diǎn)定位法 (時(shí)差定位法) 根據(jù)聲源信號(hào)到達(dá)同一陣列內(nèi)不同傳感器時(shí)所形成的一組時(shí)差，經(jīng)過幾何關(guān)系計(jì)算確定聲源位置 優(yōu)點(diǎn)：定出的聲源為一確定點(diǎn)，可靠性高， 為大多數(shù)試驗(yàn)和聲

13、發(fā)射儀采用 兩個(gè)傳感器確定聲發(fā)射源 四個(gè)傳感器確定聲發(fā)射源 . 目前國(guó)內(nèi)外聲發(fā)射源定位大多是依靠聲源到達(dá)傳感器的時(shí)間差時(shí)間差和傳感器的坐標(biāo)聯(lián)立方程組坐標(biāo)聯(lián)立方程組求解 一般在由多個(gè)傳感器組成的三角網(wǎng)絡(luò)中，按一定算法選取某個(gè)三角形，在此三角形中聯(lián)立求解方程，判斷出源位置.6. 4. 8 A E 測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展歷程測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1) 20 世紀(jì) 50 60 年代，出現(xiàn)初級(jí)聲發(fā)射儀：由一個(gè)測(cè)量信號(hào)有效值的毫伏表，或一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器組成 2) 20 世紀(jì) 70 年代，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，形成各種插在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的 AE 特征量輸出的多通道硬件模塊；工作速度慢， 存儲(chǔ)能力不足，系統(tǒng)易出現(xiàn)閉鎖狀態(tài). 3)

14、第3 代聲發(fā)射儀將數(shù)據(jù)采集功能和顯示、存儲(chǔ)及計(jì)算相分離，利用IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)總線和直接內(nèi)存存取， 使系統(tǒng)在信號(hào)處理速度和實(shí)時(shí)顯示方面有明顯改進(jìn) 4) 20 世紀(jì)80 年代后期應(yīng)用并行處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)采集和處理，使儀器在AE 數(shù)據(jù)處理能力上有較大的提高. 5) 20 世紀(jì)90 年代后，高速 A/D 及高性能 IC 芯片的出現(xiàn)，催生了全數(shù)字化 AE 檢測(cè)系統(tǒng)。不僅保證了儀器的可靠性，而且較好地解決了模擬方法中 AE 信號(hào)特征量提取困難的問題。保留了更多的 AE 信息， 為信號(hào)分析和特征提取提供了更大空間. 6) 進(jìn)入21 世紀(jì)后，全波形全數(shù)字化多通道聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)開始面世并迅猛發(fā)展 國(guó)外：

15、德國(guó)VALLEN 公司AMSY 系列 國(guó)內(nèi)：廣州聲華公司W(wǎng)AE 系列 科海恒生公司CFAE 系列 .6. 4. 9 AE AE 測(cè)試系統(tǒng)的分類測(cè)試系統(tǒng)的分類6. 4. 9. 1 根據(jù)通道數(shù)劃分根據(jù)通道數(shù)劃分 1. 單通道聲發(fā)射檢測(cè)儀 2. 多通道聲發(fā)射源定位和分析系統(tǒng).1. 單通道聲發(fā)射檢測(cè)儀單通道聲發(fā)射檢測(cè)儀一體化結(jié)構(gòu)，工作原理如下圖所示： 單通道聲發(fā)射儀工作原理圖單通道聲發(fā)射儀工作原理圖.2. 多通道聲發(fā)射檢測(cè)儀多通道聲發(fā)射檢測(cè)儀 采用功能組件組合方式，根據(jù)不同需要組成不同功能的系統(tǒng)。 除包括單通道聲發(fā)射儀器模擬量檢測(cè)和處理系統(tǒng)外， 還包括數(shù)字量測(cè)定系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 不僅可以在線

16、實(shí)時(shí)確定聲發(fā)射源位置，還可實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)聲發(fā)射源有害度.6. 4. 9. 2根據(jù)采集信號(hào)形式劃分根據(jù)采集信號(hào)形式劃分 1. 模擬式聲發(fā)射儀模擬式聲發(fā)射儀 (OAES) 傳感器接收到AE信號(hào) 放大、濾波 對(duì)數(shù)放大（用于模擬峰值檢測(cè)） 主放 模擬門檻比較器 能量測(cè)量線路和峰值時(shí)間檢測(cè)器 數(shù)字技術(shù)處理 結(jié)果顯示.缺點(diǎn)： 每個(gè)模擬線路均有漂移，須分別標(biāo)定 用戶不清楚標(biāo)定是否正確， 是否需重新標(biāo)定 信噪比差， 來自前放的信號(hào)需進(jìn)一步放大， 而每次放大均使飽和點(diǎn)降低 信號(hào)飽和難以發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié) 果，對(duì)能量和峰值時(shí)間檢測(cè)尤其如此. （2）全數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng)）全數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng) (NAES) 1980年

17、德國(guó)成立 Vallen-Systeme 公司，于1986年推出世界上第一臺(tái)全數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng) AMS2， 經(jīng)過幾次改進(jìn)，1996年推出了由功能很強(qiáng)的軟件組成的最新一代全數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng)AMSY4 美國(guó)PAC公司在1992年推出數(shù)字式聲發(fā)射儀MISTRAS.優(yōu)點(diǎn): 大大降低了系統(tǒng)噪聲、漂移和頻率相關(guān)性 采用高精度設(shè)計(jì)，系統(tǒng)無需重新標(biāo)定 高速采樣和大動(dòng)態(tài)范圍 用于能量測(cè)量的平方數(shù)字信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍僅受處理器位數(shù)的限制 全部AE 特征提取均由儀器內(nèi)的主計(jì)算機(jī)的程序控制，用戶在不改變硬件的情況下， 可按自己要求設(shè)計(jì)特征參數(shù) 可快速記錄多通道的AE 信號(hào).6. 4. 10幾種先進(jìn)的幾種先進(jìn)的AE測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

18、測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介6. 4. 10. 1VALLEN AMSY 系列聲發(fā)射系統(tǒng)系列聲發(fā)射系統(tǒng) 由德國(guó)VallenSysteme 公司推出的全數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng)Homepage for Vallen Systeme Corporation.1.VALLEN AMSY - 41) 硬件硬件(1) 前放頻率范圍：20 kHz 2MHz， 第一級(jí)增益由軟件控制， 增益變化范圍：34 dB49 dB；寬頻帶、低噪聲使前置放大器 AEP3 具有十分杰出的性能SY4 AE SystemComplete 36-channel with built-in PC . (2) 每個(gè) AE 通道獨(dú)立到達(dá)聲信號(hào)預(yù)處理器 ASI

19、PP，經(jīng)差動(dòng)放大后的 AE 信號(hào)通過軟件選擇的衰減為54 dB/倍頻程的兩個(gè)高通濾波器、衰減為42 dB/倍頻程的抗混淆低通濾波器, 再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 將信號(hào)快速轉(zhuǎn)換為數(shù)字序列，進(jìn)入用于提取 AE 特征的信息程序化門陣列 (FPGA ).(3) 專用特征單元AM SY4SF， 用于: 測(cè)量2，4或8個(gè)參數(shù)的輸入 通過主機(jī)中的脈沖放大器產(chǎn)生用于自動(dòng)標(biāo)定或聲超聲 應(yīng)用的脈沖 接收選擇通道的最大 AE 信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為音響信號(hào)(4) 總線控制器連接ASIPP總線, 支持主副連接, 使幾個(gè)聲發(fā) 射系統(tǒng)同步和不同系統(tǒng)之間可進(jìn)行定位計(jì)算, 具有瞬態(tài) 記錄器的觸發(fā)功能(5) 數(shù)字信號(hào)處理器(DSP

20、) 具有并行處理能力的CPU.2) 2) 軟件軟件 AMSY-4系統(tǒng)的軟件具有多參數(shù)采集和分析的完整性及用戶使用的靈活性， 可以自編插入有關(guān)程序 主要包括: 采集軟件、分析軟件、顯示軟件、列表軟件、軟件濾波、定位軟件、集中度處理軟件、自動(dòng)標(biāo)定軟件、瞬態(tài)記錄儀軟件、拷貝軟件、用戶數(shù)據(jù)存取、程序管理等. 2.2. VALLEN AMSY5 2002 年問世, 是目前最新超高速全數(shù)字全波形聲發(fā)射系統(tǒng) Complete 16-channel AMSY-5AE-System with lunchbox PC . (1) 聲發(fā)射數(shù)據(jù)傳輸速度大于 30000AEhits/s，聲發(fā)射波形傳輸速度大于 25 m

21、 / s (2) 1-254 通道， 多臺(tái)儀器可組合成大型采集系統(tǒng) (3) 多種定位算法，多種分析軟件，傳感器布置不拘泥于傳統(tǒng)的等腰三角形、正方形等規(guī)則的圖形 (4) 通過PCI 通訊卡(ASyC) , 可與PC機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)或帶有Docking 工作站的筆記本電腦連 機(jī)使用. In December, 2001,the Vallen AMSY-5 is introduced. This successor of the popular AMSY4 maintains the user-friendliness and reliability of the previous system ge

22、nerations, but provides unprecedented performance.The development was based on the feedback of our clients and has converted their demands and requirements into hard- and software: Improved speed for data acquisition, increased PC power, easy combination of multiple systems to form one large system

23、for testing large structures, Windows 2000/XP as operating system and much more.6. 4. 10. 2 LOCAN 系列系列 LOCAN 320 美國(guó)PAC (Physical Acoustic Corporation) 公司20 世紀(jì)90 年代開發(fā)的聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)Homepage for Physical Acoustic Corporation. 標(biāo)志著首代混合型(模擬、數(shù)字)基于PC 的并行處理機(jī)構(gòu)時(shí)代的到來。吸收以前PAC-Dunegan 的經(jīng)驗(yàn), 以及著名的聲發(fā)射設(shè)備, 如M SCD- , 1032,

24、 DART , SPARTAN 和LOCAN AT 的優(yōu)點(diǎn) LOCAN 320 最突出的成就 能夠?qū)⒌湫吐暟l(fā)射特征提取( ICC) 和純凈的數(shù)字化波形(TRA 25 M ) 結(jié)合起來. 1. LOCAN 320 系統(tǒng)具有的主要特征系統(tǒng)具有的主要特征: 完全兼容IBM PC 機(jī) 雙重混合線(PACAT Bus) 微軟80C286, 20MHz 處理器 80C287 數(shù)學(xué)并行處理器. 2. LOCAN 320 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 極低的噪聲(15 dB 門檻) 可擴(kuò)展到14個(gè)通道 高速、實(shí)時(shí)操作 AE 參數(shù)的高精確性 擴(kuò)展的AE 數(shù)據(jù)特征 平均頻率特征提取. 6. 4. 10. 3 AE95AT 聲發(fā)射儀

25、聲發(fā)射儀 AE95AT 是我國(guó)從1992年開始, 在國(guó)家“八五”攻關(guān)課題基金的支持下研制出的聲發(fā)射儀產(chǎn)品的樣機(jī)。為模擬式聲發(fā)射儀 AE95AT 所采集的6 項(xiàng)被測(cè)參數(shù) (時(shí)差精度、幅度、能量、計(jì)數(shù)、上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間) 誤差值與國(guó)外同類產(chǎn)品(SPARTAN AT ) 基本相當(dāng). 6. 4. 10. 4 CFAE 系列聲發(fā)射系統(tǒng)系列聲發(fā)射系統(tǒng) CFAE 系列聲發(fā)射儀 國(guó)產(chǎn)聲發(fā)射產(chǎn)品。下面以CFAE2001 為代表進(jìn)行介紹 1) 硬件硬件 基于IBM PC XT/AT 總線, 大量采用標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備, 系統(tǒng)價(jià)格低廉, 維修方便, 可插拔結(jié)構(gòu)使其便于維修和現(xiàn)場(chǎng)使用 2) 軟件軟件 采集軟件基于Wind

26、ows98 系統(tǒng), 全中文界面；前后臺(tái)操作使現(xiàn)場(chǎng)采集和分析、報(bào)告生成和歷史數(shù)據(jù)瀏覽可同時(shí)進(jìn)行. 6. 4. 10. 5 WAE 系列聲發(fā)射系統(tǒng)系列聲發(fā)射系統(tǒng) 包括: WAE2000 全波形聲發(fā)射檢測(cè)儀、WAE20002 全波形聲發(fā)射檢測(cè)儀、WAE2000C 絕緣子聲發(fā)射檢測(cè)儀等； 該系列的優(yōu)點(diǎn)有: 采用高速PCI 總線實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸 采用FFT、小波等現(xiàn)代波形分析方法進(jìn)行波形信號(hào)特征提取, 并采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進(jìn)行波形信號(hào)模式識(shí)別, 大大提高了信號(hào)鑒別檢測(cè)分析能力 提供了多視圖顯示和class 功能, 將聲發(fā)射源的波形參數(shù)及定位點(diǎn)一一對(duì)應(yīng), 實(shí)現(xiàn)了傳感器自標(biāo)定功能, 使得檢測(cè)應(yīng)用更為方便

27、. PAC公司新開發(fā)出Pocket-AE掌上數(shù)字化聲發(fā)射系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于Windows CE 操作系統(tǒng)，有CPU、存儲(chǔ)器、顯示器，現(xiàn)代數(shù)字化聲發(fā)射硬件及軟件操作系統(tǒng)，屬微型化的數(shù)字化聲發(fā)射檢測(cè)分析系統(tǒng)Pocket-AE數(shù)字化聲發(fā)射系統(tǒng)數(shù)字化聲發(fā)射系統(tǒng)6. 4. 10. 6 其它聲發(fā)射設(shè)備其它聲發(fā)射設(shè)備.6. 4. 11 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1. 在壓力容器安全運(yùn)行中的應(yīng)用在壓力容器安全運(yùn)行中的應(yīng)用 金屬壓力容器是國(guó)內(nèi)外聲發(fā)射檢測(cè)活動(dòng)的重點(diǎn)對(duì)象。聲發(fā)射技術(shù)是進(jìn)行帶缺陷運(yùn)行壓力容器檢測(cè)與安全評(píng)估最合適的方法之一 聲發(fā)射技術(shù)具有兩個(gè)基本特點(diǎn)： 檢測(cè)動(dòng)態(tài)缺陷, 可發(fā)現(xiàn)缺陷擴(kuò)展 缺陷本身發(fā)出缺陷信息, 而不

28、是用外部輸入對(duì)缺陷進(jìn)行檢查.聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于壓力容器結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)與評(píng)價(jià)分為： (1) 新制壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)與評(píng)價(jià) (2) 在用壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)和評(píng)定 (3) 壓力容器的聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)和安全性評(píng)定 針對(duì)容器中的活性缺陷, 可在水壓試驗(yàn)或其它加載試驗(yàn)過程中, 利用少量固定不動(dòng)的換能器,獲得活性缺陷的動(dòng)態(tài)信息；活性缺陷位置可通過時(shí)差定位、區(qū)域定位及次序沖擊方法來確定. 國(guó)內(nèi)某公司液化氣站7 臺(tái) 100 m3 液化石油氣貯罐封頭出現(xiàn)鼓包。這些鼓包的存在會(huì)嚴(yán)重影響人身以及國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全。 有關(guān)單位對(duì)其進(jìn)行了開罐檢驗(yàn)。 在檢驗(yàn)過程中, 要解決的關(guān)鍵問題是： 這些貯罐能否繼續(xù)安全使用？ 可繼續(xù)安全使

29、用的壓力范圍是多少？.通過聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)與金相檢測(cè)的綜合檢測(cè)結(jié)果表明： 該站臥式液化石油氣貯罐仍可安全運(yùn)行 壓力低于1.0MPa 時(shí)可保證安全運(yùn)行. 實(shí)踐證明，聲發(fā)射試驗(yàn)可以監(jiān)測(cè)缺陷的動(dòng)態(tài)發(fā)展情況, 并找出使容器相對(duì)安靜的使用壓力,為常規(guī)無損檢測(cè)做出指導(dǎo), 大大縮短檢驗(yàn)時(shí)間, 因此聲發(fā)射技術(shù)在確定壓力容器的安全使用的條件中起到了關(guān)鍵性的作用.2. 在疲勞裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用在疲勞裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用 機(jī)械零件在受力狀態(tài)下產(chǎn)生裂紋或塑性變形的時(shí)候, 往往伴隨有聲發(fā)射(AE) 現(xiàn)象的出現(xiàn) 聲發(fā)射監(jiān)控技術(shù)通過監(jiān)聽、分析由于零件結(jié)構(gòu)變化而發(fā)射出來的聲波信號(hào), 對(duì)聲發(fā)射源的位置、物理狀態(tài)作出判斷, 就可以實(shí)現(xiàn)零件服

30、役狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控.試件疲勞斷裂過程中的AE信號(hào)試件斷裂過程中裂紋長(zhǎng)度.3. 在管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用在管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用 常規(guī)管道無損檢測(cè)方法 (如超聲檢測(cè)爬機(jī)和漏磁檢測(cè)爬機(jī)等) 對(duì)管道檢測(cè)具有一定優(yōu)勢(shì), 但常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)的不足是檢測(cè)過程為逐點(diǎn)掃描式, 不能有效用于成千上萬公里的管道檢測(cè) 聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于管道泄漏檢測(cè), 有可能可將平均 1000m3/ km 的泄漏量減小到 500m3/ km. 泄漏聲發(fā)射信號(hào)波形十分復(fù)雜, 與真實(shí)AE 源信號(hào)相差很大。因此, 管道泄漏聲發(fā)射信號(hào)既攜帶結(jié)構(gòu)的某些特征信息(泄漏孔大小及位置等) , 同時(shí)又有很大的隨機(jī)性和不確定性, 本質(zhì)上屬于一種非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)

31、管道聲發(fā)射泄漏檢測(cè)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段, 尚無廣泛認(rèn)可并能有效用于管道泄漏檢測(cè)的試驗(yàn)方法 隨著聲發(fā)射理論及計(jì)算技術(shù)的日趨發(fā)展, 管道聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)將得到發(fā)展；模態(tài)聲發(fā)射技術(shù)是其最有發(fā)展?jié)摿Φ姆较蛑? 模態(tài)聲發(fā)射技術(shù)(Modal Acoustic Emission) 聲源或聲發(fā)射事件在負(fù)載作用下產(chǎn)生頻率和模態(tài)豐富的導(dǎo)波信號(hào)；利用導(dǎo)波理論導(dǎo)波理論和牛頓力學(xué)定律牛頓力學(xué)定律將一直困擾聲發(fā)射推廣應(yīng)用中面臨的問題 (源定位不準(zhǔn)確、信號(hào)解釋困難和降噪等) 從理論上得到了較好的解釋和表達(dá)；通過建立簡(jiǎn)單明確的物理數(shù)學(xué)模型表征問題并解決問題.4. 在閥門密封性檢驗(yàn)中的應(yīng)用在閥門密封性檢驗(yàn)中的應(yīng)用 當(dāng)閥門密封性

32、較差時(shí), 少量汽或水經(jīng)過閥門縫隙噴射而出, 產(chǎn)生高速射流, 對(duì)管壁產(chǎn)生沖擊而激發(fā)彈性波聲發(fā)射信號(hào)，屬連續(xù)型信號(hào), 類似白噪聲 (下圖) , 頻率在 3050 kHz。把聲發(fā)射傳感器置于閥門附近或閥體上, 便可檢測(cè)出閥門泄漏與否及泄漏程度 (a) 原始波形 (b) 傳播一定距離后的波形閥門泄漏的聲發(fā)射信號(hào).測(cè)試數(shù)據(jù)表明，只要閥門有微小泄漏, 聲發(fā)射檢查儀就可以檢測(cè)出來.5. 在離心泵故障診斷中的應(yīng)用在離心泵故障診斷中的應(yīng)用 離心泵故障診斷常用振動(dòng)方法, 該方法存在一定不足: (1) 環(huán)境低頻擾動(dòng)信號(hào)會(huì)被用于檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)的加速度傳感器拾取,影響測(cè)試結(jié)果而導(dǎo)致誤判 (2) 當(dāng)離心泵中轉(zhuǎn)子部分發(fā)生磨損、疲勞失效或斷裂故障時(shí), 難以發(fā)現(xiàn)早期故障 聲發(fā)射信號(hào)具有較寬的頻率范圍; 利用高頻段信號(hào)進(jìn)行故障診斷, 可有效排除其他低頻干擾信號(hào), 可有效解決振動(dòng)法在離心泵故障診斷中遇到的問題。一般可根據(jù)離心泵的聲發(fā)射特征來推斷泵的工作狀態(tài)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷. 事件計(jì)數(shù)隨能量變化圖 事件計(jì)數(shù)隨能量變化圖 （上端軸承測(cè)點(diǎn)） （下端軸承測(cè)點(diǎn)） 通過兩圖對(duì)比, 可看出位于下端軸承部位的