声发射与微震信号特征及有用信号提取分析
声发射技术原理和声发射信号特征参数分析方法
声发射技术原理和声发射信号特征参数分析方法提要：由于声发射信号来自缺陷本身，因此研究缺陷所产生的声发射信号的特点，以分析缺陷所处的位置和在其不同应力状态的损伤程度。
利用设备在出现故障或破坏时，所发出的声发射信号与正常状态下的差异可以确定设备的运行状态。
本文利用广义线性定位法[5]确定故障的位置，然后利用声发射的特征参数对故障的严重程度进行检测。
对从藕合表面的传感器测得的声发射信号的输出波形经过一定的处理后进行分析。
将声发射技术运用于转轴等机械部件的裂纹故障诊断中，可以及时准确地预测并诊断出设备在运行时的故障，尤其对于早期的故障。
基于声发射技术的转轴故障检测李凤英沈玉娣熊军摘要介绍了声发射技术的原理和声发射信号的特征参数分析方法，运用广义线性定位法初步确定故障的位置，并采用声发射特征参数对现场的试验结果进行了分析。
通过与正常信号对比，研究故障信号的特征信息，说明运用这一技术可以对机械部件进行故障检测。
一、原理与方法高速运行的转轴，由于其受到的力为交变载荷，而且工作环境恶劣，经常发生损坏，比如断裂事故，因此有必要进行现场检测。
随着检测技术的发展，无损检测（NUT）越来越受到人们的重视。
无损检测的方法很多，诸如超声、射线、电磁涡流、磁粉、渗透、红外以及声发射等技术。
材料或结构受到外力或内力作用产生变形或者断裂时，以弹性波的形式释放应变能的现象称为声发射现象[1]。
材料裂纹在萌发与扩展时释放出的声发射信号不但频度高，而且集中。
由于声发射信号来自缺陷本身，因此研究缺陷所产生的声发射信号的特点，以分析缺陷所处的位置和在其不同应力状态的损伤程度。
利用设备在出现故障或破坏时，所发出的声发射信号与正常状态下的差异可以确定设备的运行状态。
根据声发射信号的特点，可以把声发射信号分为突发型和连续型两种。
连续型信号由一系列低幅值和连续信号组成，这种信号对应变速率敏感，主要与材料的位错和交叉滑移等塑性变形有关；突发型信号具有高幅值、不连贯、持续时间为微秒级等特点，主要与材料中的堆跺层错的形成和机械孪晶以及裂纹的形成和断裂有关。
第5章声发射信号处理方法
第5章声发射信号处理方法声发射信号是指在物体受到外界作用时，产生的由内部结构和材料性质所引起的声波信号。
声发射信号处理方法是对这些信号进行分析和处理，以获得物体内部的结构和性能信息。
本章将介绍几种常用的声发射信号处理方法。
1.声发射信号特征提取声发射信号通常包含了丰富的信息，但其中的噪声和杂波可能掩盖了有价值的信息。
因此，首先需要对声发射信号进行特征提取，以减少噪声和杂波的影响，并突出有用信息。
常用的特征提取方法包括时域分析、频域分析和小波分析等。
2.声发射信号滤波滤波是常用的信号处理方法之一，可以通过去除噪声和杂波来提高信号的质量。
常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波和陷波滤波等。
在声发射信号处理中，根据需要可以选择适当的滤波方法，以提取所需的频段信号。
3.声发射信号时序分析声发射信号的时序分析是指对信号的时间变化进行分析，以获得信号的时域特性。
常用的时序分析方法包括自相关分析、互相关分析和相关函数分析等。
通过时序分析，可以了解声发射信号的传播速度、能量分布和行为特性等。
4.声发射信号频谱分析声发射信号的频谱分析是指对信号的频率特性进行分析，以获得信号的频域特性。
常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度分析和频谱图分析等。
通过频谱分析，可以了解声发射信号中各个频率成分的能量分布和相对功率。
5.声发射信号模式识别声发射信号模式识别是指对声发射信号进行分类和识别，以判断物体的状态和性能。
常用的模式识别方法包括支持向量机、人工神经网络和决策树等。
通过模式识别，可以根据声发射信号的特征判断物体的健康状况、工作状态和故障类型。
6.声发射信号图像重建声发射信号图像重建是指通过声发射信号的分析和处理，将信号的信息以图像的形式呈现出来。
常用的图像重建方法包括声发射成像、声发射显微镜和声发射断层扫描等。
通过图像重建，可以直观地观察和分析声发射信号的空间分布和形态结构。
本章所介绍的声发射信号处理方法可以相互结合使用，以实现更精确和全面的信号分析和处理。
声发射的基本原理、特点及应用
声发射的基本原理、特点及应用声发射的基本原理声发射检测的原理，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。
固体材料中内应力的变化产生声发射信号, 在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。
人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
声发射检测的主要目的是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。
一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。
声发射技术的特点声发射检测方法在许多方面不同于其它常规无损检测方法，其优点主要表现为：(1) 声发射是一种动态检验方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线探伤方法一样由无损检测仪器提供；(2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号；(3) 在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态；(4) 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报；(5) 由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；(6) 对于在役压力容器的定期检验，声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产；(7) 对于压力容器的耐压试验，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力；(8) 由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。
由于声发射检测是一种动态检测方法，而且探测的是机械波，因此具有如下的特点：(1) 声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，因而，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验；(2) 声发射检测，一般需要适当的加载程序。
声发射与微震监测定位技术的研究进展
声发射与微震监测定位技术的研究进展声发射与微震监测定位技术是一种用于监测结构物或岩体中的裂纹、破坏和泄漏等问题的非破坏性测试方法。
声发射技术可以通过监听结构物中的超声波信号来监测可能出现的破坏现象，而微震监测定位技术则是通过检测地下微震信号来定位地下的异常活动。
这两种技术的研究进展如下。
声发射技术的研究进展：1.监测范围扩大：声发射技术最初主要应用于金属材料和混凝土等结构物的监测，但近年来已逐渐扩大到了岩石、岩层和土体等更广泛的领域。
2.信号处理优化：研究者们通过改进信号处理算法和技术，提高了对声发射信号的识别和分类能力，从而提高了监测的准确性和可靠性。
3.嵌入式监测：采用嵌入式技术，将声发射传感器安装在结构物的内部，实现对结构物长期在线的监测和预警。
这种技术能够提早发现潜在的潜在破坏问题，为维修和保养提供便利。
4.发展远程监测：通过无线传输技术和互联网的发展，研究者们已经开始利用远程监测平台对声发射信号进行实时观测和分析，实现了对分布广泛的结构物的长期监测。
微震监测定位技术的研究进展：1.定位精度提高：研究者们通过改进定位算法和传感器布置方式，提高了地下微震信号的定位精度。
现在的微震监测定位技术可以实现对地下微震事件的三维定位。
2.目标识别和分类：通过对地下微震信号的特征参数进行分析，研究者们已经实现了对不同类型的地下微震事件进行识别和分类，例如定位地震、洪水和岩体破裂等。
3.监测深度提高：通过改进传感器的灵敏度和信号放大技术，研究者们已经实现了对深层地下微震信号的监测。
现在的微震监测技术可以监测到几百米甚至上千米深度的地下微震事件。
4.同步监测网络：通过部署多个微震监测站点，并采用同步监测网络的方式，研究者们可以实现对区域内微震事件的协同监测和定位，提高监测的准确性和可靠性。
声发射与微震监测定位技术的研究进展主要包括监测范围的扩大、信号处理优化、嵌入式监测和远程监测，以及微震监测定位技术中定位精度的提高、目标识别和分类、监测深度提高和同步监测网络的发展。
振动信号的特征提取与识别
振动信号的特征提取与识别一、引言振动信号在现代工业中得到了广泛的应用。
作为一种非接触的检测手段，通过分析机器运行时所产生的振动信号，可以判断机器的运行状况，检测机器的故障或者提前预警机器可能出现的故障，从而保障机器正常运行，提高工业生产效率。
然而，振动信号的特征提取和识别是一项较为复杂的工作，需要综合运用机械工程、电子工程、控制工程、数学等多学科知识，对于振动信号的特征提取和识别，相关研究还存在一些技术难题。
本文将对于振动信号的特征提取和识别的相关技术进行阐述。
二、振动信号的特征提取1. 时域特征提取在时域中，振动信号的特征可以通过对时域振动信号进行统计分析来提取，如均值、方差、标准差、峰值、峭度、偏度、峰度等。
但是，在实际运用中，这些特征并不能充分反映振动信号的振动特性，因此需要进一步对振动信号进行分析。
2. 频域特征提取在频域中，振动信号的特征可以通过对信号进行傅里叶变换，将时域信号转换成频域信号，然后通过对频域信号进行功率谱密度分析来提取振动信号的频域特征。
例如，可以提取出信号的主频、频率分布区间、能量、峰值等。
3. 时间频率域特征提取时间频率域特征提取是将时域信号和频域信号相结合，通过小波变换、短时傅里叶变换等方法对时间频率域信号进行分析，从而提取振动信号的时间频率域特征。
例如，可以提取出信号的短时功率谱、瞬时频率、瞬时带宽等。
三、振动信号的识别振动信号的识别是将提取得到的振动信号的特征与已知的振动信号特征进行比较，从而判断机器的运行状况，检测机器的故障或者提前预警机器可能出现的故障。
1. 基于规则的振动信号识别基于规则的振动信号识别是根据已知的振动信号规律和经验推断出机器的运行状态，比如机器在正常运转状态下应该发出的振动信号规律，从而识别机器是否正常工作。
2. 基于统计学模型的振动信号识别基于统计学模型的振动信号识别是通过对大量的振动信号样本进行统计分析和建模，从而将样本的振动信号特征与已知的振动信号特征进行比对，从而实现机器故障诊断和预测。
声发射检测技术及应用
声发射检测技术及应用
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演讲者：
无损检测简介
01
声发射检测的定位方法
02
声发射检测的原理和特点
03
声发射检测的应用
04
报告内容
第一部分 无损检测
一、什么是无损检测
无损检测是在不破坏或损伤原材料和工件受检对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力学性能，并包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技术 。
单击此处添加小标题
声发射检测必须有外部条件的作用，使材料内部结构发生变化，即结构、焊接接头或材料的内部结构、缺陷处于运动变化的过程中，才能实施检测。
PART各种各样的缺陷 ，当晶体内沿某一条线上的原子排列与完整晶格不同时就会形成缺陷。高速运动的位错产生高频率、低幅值的声发射信号，而低速运动的位错则产生低频率、高幅值的声发射信号。据估计，大约100个到1000个位错同时运动可产生仪器能检测到的连续信号；几百个到几千个位错同时运动时可产生突发型信号。
无损检测的应用形式
在生产过程质量控制中的无损捡测，即应用于产品的质量管理。 用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品检验和用户的验收检验。 在产品使用过程中的监测，即维护检验。
无损检测方法的种类
人们按照不同的原理，和不同的探测及信息处理方式，已经应用和正在研究的各种无损检测方法，总共达70多种。目前在工业生产检测中，应用最广泛的无损检测方法主要是液体渗透法，磁粉检测法，射线检测法，超声波检测法和涡流检测法。
一、声发射的来源与产生
裂纹的形成和扩展
塑性材料裂纹的形成与扩展同材料的塑性变形有关，一旦裂纹形成，材料局部区域的应力集中得到卸载，产生声发射。材料的断裂过程大体上可分为三个阶段：①裂纹形成；②裂纹扩展；③最终断裂。这三个阶段都可以产生强烈的声发射。 脆性材料不产生明显的塑性变形，因此一般认为，位错塞积是脆性材料形成微裂纹的基本机理。 脆性材料由于不产生明显的塑性变形，其声发射频度低，每次的发射强度大；塑性材料与之形成对照，声发射频度高，每次发射强度小。
声发射与微震信号特征及有用信号提取分析
声发射与微震信号特征及有用信号提取分析声发射与微震信号特征及有用信号提取分析声发射技术与微震监测技术是两门先进的高科技技术,可应用与岩土工程、水电工业、建筑工程、交通运输、矿业开发等重要领域,是一种动态的立体范围的空间监测方法,可进行全天候监测。
基于声发射技术的室内岩石破坏声发射试验是研究岩石破裂机制、内部损伤演化、破坏前兆特性等的重要途径,这对岩石本身性质的研究和对工程现场的应用都有实用价值和指导意义。
而在矿产资源开采的工程中,矿山作业的安全开展关系着矿业的可持续发展、工作人员的生命安全以及对社会和谐的影响,微震监测技术在安全监测中扮演着重要角色,其在信号辨识处理、有用信号提取方面仍有待研究。
本文从室内岩石声发射试验和矿山现场微震监测信号入手,基于室内试验探讨声发射信号的特征分布及变化情况,基于香炉山现场微震监测系统收集统计各类震源信号特征,分析处理汇总成数据库,并将其应用于信号辨识和有用信号的提取中,同时引入相关理论进行信号去噪、辨识和提取的深入研究,作者主要完成的研究内容如下:(1)进行了多种岩样的室内岩石破坏声发射试验,得到了岩样在不同加载路径下振幅-频度、峰值频率、能率和RA值的变化特征,但是具体分析时是根据实际情况选取的合适岩样进行,每个特征的分析对象不包含所有岩样或加载路径,针对所分析的情况,结果表明:随着应力水平的增大,大振幅AE事件会逐渐增多,AE事件峰值频率的低频成分会有所增加,能率逐渐增强在最终破坏时突增,RA值的变化分两种,一种在破坏前RA值突增,之后又降低并保持在较低水平直至岩石破坏,第二种为RA值在破坏时突增。
(2)针对香炉山钨矿,列出了矿山的主要震源信号种类,以经验识别法和现场对接法采集了大量各类震源信号,分别进行了直观特征分析,包括接收到信号的传感器个数、信号上升时间、持续时间、衰减时间、振幅、起跳模式、到时差、间隔时间等内容,得到了各类震源信号直观特征的主要分布情况和变化情况,进行了规律性的总结记录和对比分析。
如何进行微震(声发射)监测及预警
如何进行微震（声发射）监测及预警首先需要了解监测内容：声发射和微震伴随着岩体失稳的整个过程，因此跟踪监测声发射和微震，掌握该区域岩体的监测参数变化可有效分析和预警地质灾害的发生。
监测参数主要包括：a）震源，即微地震震源，岩体失稳发生点；b）事件率，即频度，单位时间声发射和微震的发生次数；c）振幅，与震级对应，反映了事件的强度；d）能率，单位时间内的能量；e）事件变化率和能率变化，单位时间内的事件率和能率变化；f）频率分布，声发射和微震的频率范围态势分布。
掌握规律：声发射与微震信号的特征决定于震源性质、所经岩体性质及监测点到震源的距离等。
基本参数与岩体的稳定状态密切相关，基本上反映了岩体的破坏现状。
事件率和频率等的变化反映岩体变形和破坏过程；振幅分布与能率大小，则主要反映岩体变形和破坏范围；事件变化率和能率变化，反映了岩体状态的变化速度。
岩体处于稳定状态时，事件率等参数很低，且变化不大，一旦受外界干扰，岩体开始发生破坏，微震活动随之增加，事件率等参数也相应升高。
发生冲击地压之前，微震活动增加得更为明显。
而在临近发生冲击地压时，微震活动频数反而减小。
岩体内部应力重新趋于平衡状态时，其数值又随之降低，此为岩体破坏规律。
第一步：安装矿山之星微震（声发射）监测及预警系统，系统通过布置一定的密度的检波器，组成传感器几何矩阵，拾取微震信号。
第二步：系统进行积分、微分、滤波和频谱等数据分析，实现定位；达到警戒值，主动预警，并在显示设备上呈现震源位置。
系统即时、连续地自动采集矿山岩体震动信号；自动生成震动信号图并保存；定期打包保存震动记录信息；管理人员可随时浏览全部历史震动信息。
微震（声发射）监测及预警系统广泛应用于多个领域。
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声发射与微震信号特征及有用信号提取分析声发射技术与微震监测技术是两门先进的高科技技术,可应用与岩土工程、水电工业、建筑工程、交通运输、矿业开发等重要领域,是一种动态的立体范围的空间监测方法,可进行全天候监测。
基于声发射技术的室内岩石破坏声发射试验是研究岩石破裂机制、内部损伤演化、破坏前兆特性等的重要途径,这对岩石本身性质的研究和对工程现场的应用都有实用价值和指导意义。
而在矿产资源开采的工程中,矿山作业的安全开展关系着矿业的可持续发展、工作人员的生命安全以及对社会和谐的影响,微震监测技术在安全监测中扮演着重要角色,其在信
号辨识处理、有用信号提取方面仍有待研究。
本文从室内岩石声发射试验和矿山现场微震监测信号入手,基于室内试验探讨声发射信号的特征分布及变化情况,
基于香炉山现场微震监测系统收集统计各类震源信号特征,分析处理汇总成数据库,并将其应用于信号辨识和有用信号的提取中,同时引入相关理论进行信号去噪、辨识和提取的深入研究,作者主要完成的研究内容如下:(1)进行了多种岩样的室内岩石破坏声发射试验,得到了岩样在不同加载路径下振幅-频度、峰值频率、能率和RA值的变化特征,但是具体分析时是根据实际情况选取的合适岩样进行,每个特征的分析对象不包含所有岩样或加载路径,针对所分析的情况,结果表明:随着应力水平的增大,大振幅AE事件会逐渐增多,AE事件峰值频率的低频成分会有所增加,能率逐渐增强在最终破坏时突增,RA值的变化分两种,一种在破坏前
RA值突增,之后又降低并保持在较低水平直至岩石破坏,第二种为RA值在破坏时突增。
(2)针对香炉山钨矿,列出了矿山的主要震源信号种类,以经验识别法和现场对接法采集了大量各类震源信号,分别进行了直观特征分析,包括接收到信号的
传感器个数、信号上升时间、持续时间、衰减时间、振幅、起跳模式、到时差、间隔时间等内容,得到了各类震源信号直观特征的主要分布情况和变化情况,进
行了规律性的总结记录和对比分析。
同时针对微震定位事件和爆破事件参与定位的信号进行了单独的统计和分析,研究了信号特征的分布范围以及随信号振幅减小的变化情况,为爆破事件与微震定位事件的辨识提供了直观特征参考。
(3)基于相对能量理论和傅里叶变换理论,通过MATLAB软件编程,对收集的所有震源信号分别进行了相对能量的计算和傅里叶变换,得到了各类震源信号的相对能量和主
频大小,总结分析和记录了二者主要的分布情况,并针对不同种类的震源信号的
不同结果进行了对比,与统计的直观特征一起制成了可为信号辨识和有用信号提取提供指导和参考的数据库。
同时针对微震定位事件和爆破事件参与定位的信号进行了计算分析,得到了信号能量和主频的变化趋势及分布范围,进一步为二者
的辨识提供了有效参考。
(4)以统计的信号特征数据库为基础,给出了几个典型事件信号辨识的案例
分析,展示了数据库的使用,体现了数据库存在的必要性以及其应用价值和工程
意义。
然后在信号数据库成形的基础上,针对信号去噪和有用信号的提取对阈值去噪、数字滤波去噪和小波阈值去噪三种方法进行了讨论,同时比较了三种方法的适用对象和条件,结果表明信号能在小波去噪后与原始信号保持相同的平滑性,很大程度地保留了有效信息,在微震信号的辨识和有用信息的提取上有重要作用。