(完整word版)声发射基本介绍
声发射知识简要
第1章和第2章1．什么是声发射材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式快速释放出应变能的现象。
2．什么是声发射检测技术用仪器检测，分析声发射信号并利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
3．金属材料中的声发射源有哪些金属塑性变形、断裂、相变、磁效应等。
4．声发射检测方法的特点（1）动态无损检测方法（2）几乎不受材料的限制（3）可以长期，连续监测（4）易受噪声干扰（5）对缺陷进行定性分析5．为什么要用其它无损检测方法对声发射源进行评价？常用的无损检测方法有哪些？答：声发射技术只能定性评价活动性声源，不能判断缺陷的尺寸和类型（裂纹、未熔合、未焊透、夹渣）。
因此，应采用其它无损检测方法对声发射源进行评价，常用的无损检测方法有射线、超声、磁粉、渗透、涡流等。
6．什么是弹性变形和塑性变形？材料或构件在外力作用下要改变原来的形状，当外力消除后能完全消失的变形叫做弹性变形，消失不了而残留下来的变形叫做残余变形或塑性变形。
7．凯塞效应，Kaiser effect在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平之前不出现可探测的声发射的现象。
8．费利西蒂效应（Felicity effect）在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平的情况下，出现可探测到的声发射的现象。
9．费利西蒂比费利西蒂效应出现时的应力与先前所加最大应力之比。
10．突发型声发射定性描述分立声发射事件产生的分立的声发射信号。
11．连续型声发射定性描述快速声发射事件产生的持续的声发射信号。
12．试举出压力容器管道与构件的破裂模式延性破裂，脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、压力冲击破裂、蠕变破裂等。
13．造成声波衰减的主要因素有哪些？扩散衰减散射衰减吸收衰减14．声波在固体介质中的传播速度与哪些因素有关？钢中纵波、横波和表面波的波速有何近似关系？介质的弹性模量、密度、泊松比、波型1.8：1：0.9纵波波速：横波波速：表面波波速15.声发射信号源一定是缺陷源。
声发射实验原理
声发射实验一.原理声发射是指材料在受到外载荷作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波从而发出声响的现象。
德国物理学家Kaiser发现经过一次应力作用的磁滞材料如金属，当再次加载到先前经受过的应力水平后，其声发射活动将突然增加，这种岩石的声发射活动能够“记忆”岩石所受过的最大应力的效应成为Kaiser效应。
从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点成为Kaiser点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。
实验理论正是利用Kaiser点的测取来得到地应力的大小。
通常认为声发射是岩石的微破裂造成的，在岩石承载大于历史最大应力条件时，岩石出现新的微破裂，产生较强的声发射信号，出现Kaiser点。
但实际情况往往会出现在最近一次应力历史中所曾受到过的最大应力处的Kaiser效应较为明显，并非遵循上面的理论解释，并且对于某些试样，声发射信号过于剧烈且频繁，Kaiser点难于确定，于是采用重复加载的方法，利用抹录不尽点来寻找Kaiser点。
二.常规声发射实验常规声发射实验指的是单轴加载条件下的声发射实验。
1.实验装置主要由声发射仪、载荷传感器、伺服增压器、控制器、液压源以及加压缸组成。
图1. 常规声发射实验装置2.实验的基本过程MTS电液伺服系统以某一加载速率均匀的给岩样施加轴向载荷，声发射探头牢固的贴在岩心侧面上，用它来接受受载过程中的声发射信号，岩样所受的载荷及声信号同时输入Locan AT—14ch声发射仪进行处理、记录，给出岩样的声发射信号随载荷变化的关系曲线。
由上述的Kaiser效应原理，在声发射信号曲线图上找出声发射信号明显增加处，记录下此处载荷大小，即为岩石在地下该方向所受的地应力。
据此，可以求得试验岩石在深部地层所受的地应力（指主应力）。
3.实验的数据解释由于岩石在地下受三向力作用，所以要在不同方向取心进行试验，通常在室内对取自现场的岩心要在垂直方向取一块，在垂直岩心轴线平面内相隔45度取三块（如图2所示），由上述四个方向岩心进行试验测得四个方向的正应力，利用以下公式确定深部岩石地应力。
无损检测之声发射.
第6章 常用无损检测方法 图6-75 突发信号特征参数
第6章 常用无损检测方法
参数 撞击和 撞击计数 事件计数 振玲计数 幅度 能量计数 持续时间 上升时间
表6-1 常用信号特征参数的含义和用途
荷(PAE)对原先所加最大载荷(Pmax)之比，称为费利西蒂比(PAE ／Pmax)。该效应的示意图如图6-73所示。
费利西蒂比作为一种定量参数，可较好地反映材料中原先 所受损伤或结构缺陷的严重程度，已成为缺陷严重性的重要评 定判据。
第6章 常用无损检测方法
4）
声发射信号有突发型和连续型两种基本类型，见图6-74。
第6章 常用无损检测方法 图6-70 波的反射与模式转换
第6章 常用无损检测方法
若在半无限大固体中的某一点产生声发射波，当传播到表 面上某一点时，纵波、横波和表面波相继到达，互相干涉而呈 现复杂的模式见图（见6-70)。与地震的情况一样，首先到达 的是纵波，其次到达的是横波，最后到达的是表面波。 在实 际的声发射应用中，经常遇到的是像高压容器那样的厚钢板。 声发射波在厚钢板中的传播方式如图6-71所示，波在传播过程 中在两个界面上发生多次反射， 每次反射都要发生模式变换。
（1） 波的传播模式。声发射波在介质中的传播，根据 质点的振动方向和传播方向的不同，可构成纵波、横波、表 面波、板波等不同的传播模式。
第6章 常用无损检测方法
（2） 波的反射、 折射与模式转换。固体介质中局部变 形时，不仅产生体积变形，而且产生剪切变形，因此将激起 两种波，即纵波(压缩波)和横波(切变波)。当遇到不同介质 的界面时会产生反射和折射，在全内反射时则会出现非均匀 波；在半无限体自由表面上，一定的条件下还可转换成表面 波，见图6-70； 厚度接近波长的薄板中，还会产生板波。
声发射培训教材
声发射技术简介及有关标准国家质检总局锅检中心第一章概论1.1 声发射技术概念声发射技术（AET—Acoustic Emission Technique），是一种新兴的动态无损检测技术，其涉及声发射源、波的传播、声电转换、信号处理、数据显示与记录、解释与评定等基本概念，基本原理如图1-1所示。
图1-1 声发射技术基本原理声发射（AE—Acoustic Emission,），是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象,这种现象叫声发射。
在应力作用下，材料变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。
这种直接与变形和断裂机制有关的源，通常称为传统意义上或典型的声发射源。
另外，流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，称为其它或二次声发射源。
声发射波的频率范围很宽，从次声频、声频直到超声频，可包括数Hz到数MHz；其幅度从微观的位错运动到大规模宏观断裂在很大的范围内变化；按传感器的输出可包括数μV到数百mV。
不过，大多数为只是使用高灵敏的传感器（Sensor）或称探头，才能探测到的微弱振动。
目前，用最灵敏的传感器，可探测到约为10-11mm表面振动。
声发射源发出的弹性波，经介质传播到达被检物体的表面，引起表面的机械振动。
经耦合在被测物体表面的声发射传感器将表面的瞬态位移转换成电信号，声发射信号再经放大、处理后，形成其特性参数，并被记录与显示。
最后，经数据的解释，评定出声发射源的特性。
声发射检测的主要目标是：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，以准确确定缺陷的性质与大小。
1.2 声发射技术的特点与其它无损检测方法相比，声发射技术具有两个根本的差别：①检测动态缺陷，而不是检测静态缺陷，如缺陷扩展；②缺陷本身发出缺陷信息，而不是用外部输入对缺陷进行扫查。
这种差别使得该技术具有以下优点和局限性。
声发射及其基本原理
声发射是材料受外力或内力作用产生变形或断 裂时，以弹性波的形式释放出应变能的现象。 声发射也指固体内部的缺陷或潜在缺陷，在外 部条件作用下改变状态而自动发声。
声发射检验的基本原理就是由外部条件（如力、 温度等）的作用而使物体发声，根据物体的发 声推断物体的状态或内部结构变化。
声发射信号单参数分析方法
经历图分析方法：声发射信号经历分析 方法通过对声发射信号参数随时间或外 变量变化的情况进行分析，从而得到声 发射源的活动情况和发展趋势。最常用 和最直观的方法是图形分析。经历图分 析方法可用于进行声发射源的活动性评 价 ，如凯赛尔(Kaiser)效应评价 。
声发射信号单参数分析方法
声发射特点
声发射检测是一种动态无损检测方法。可获得关于缺陷的动态 信息，从而评价缺陷的严重性和危险性，还可连续长期监视大 型构件在使用过程中的安全性。
声发射不需移动传感器，操作简便。可以大面积检查和监视缺 陷的活动情况，确定缺陷所在位置。灵敏度高，在用声发射获 得缺陷的动态信息后，常需用超声、X射线和磁粉等方法验证， 有时需微观分析方法补充。
其他分析方法
谱分析 谱分析是工程信号处理中广泛使用的一 种方法，是通过对信号进行短时傅立叶变换， 把时域信号转换到频域中，用频谱特性去分析 和表现时域信号的特性。
小波分析 主要是小波基的选择、小波分析尺度 的选择以及特征提取的方法。
神经网络的训练与局部决策 神经网络的训练过 程的目标误差精度和最大迭代次数可根据实际 应用由用户自己设置。
声发射信号有两种基本类型
连续型：声发射信号的幅度低，仪器测试系统 的放大倍数要高（通常大于104）
突发型：幅度高的单个应力波脉冲 这种分类不是绝对的，当突发型信号的频度大
声发射检测技术介绍
声发射与其它无损检测技术对比
声发射检测方法 缺陷的增长／活动 与作用应力有关 其它常规无损检测方法 缺陷的存在 与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
对几何形状的敏感性较差
对材料的敏感性较差
对几何形状的敏感性较高
需要进入被检对象的要求较少
进行整体监测
需要进入被检对象的要求较多
进行局部扫描
主要问题：噪声、解释
干扰噪声种类
电气干扰噪声 机械噪声源 声波传播途径引起的声信号畸变和衰减
小结
AE源机制的多样性、声波传播途径的复杂性、AE信号本身 的突发性和不确定性，以及干扰噪声的严重性等因素都使 AE信号的处理和分析面临极其严重的挑战。尽管如此，目 前人们还是有了一整套比较有效的AE信号处理和分析方法。 了解并掌握这些方法对AE技术的推广应用具有重要意义。
AE信号的例子
AE信号的例子
另一困难
AE信号处理技术面临的另外两大困难是AE信号的微弱性 （但又完全可以是宽动态范围）和干扰噪声的多样性。因 此，在AE技术发展史上，各种可能的信号处理技术都曾被 尝试过。可以毫不夸张地说，在现有的各种无损检测方法 中，AE检测技术所涉及到的信号处理内容应当是最广泛、 最全面的。在了解了这一点之后也就不难理解，为什么会 有如此众多的AE信号处理方法。
声发射检测技术
声发射的基本概念
什么叫声发射？材料内部迅速释放能量而产生瞬态弹性波 (声波) 的一种物理现象
主要的声发射源：裂纹的形成和扩展，塑性形变，位错 的移动，孪晶边界的移动，磁畴壁的移动、复合材料基 体或夹杂物的破裂、分层或纤维的断裂，以及物质结构 的变化（包括相变）等。 声发射的频率范围是什么？几十KHz- 数MHz
声发射知识简要
第1章和第2章1．什么是声发射材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式快速释放出应变能的现象。
2．什么是声发射检测技术用仪器检测，分析声发射信号并利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
3．金属材料中的声发射源有哪些金属塑性变形、断裂、相变、磁效应等。
4．声发射检测方法的特点（1）动态无损检测方法（2）几乎不受材料的限制（3）可以长期，连续监测（4）易受噪声干扰（5）对缺陷进行定性分析5．为什么要用其它无损检测方法对声发射源进行评价？常用的无损检测方法有哪些？答：声发射技术只能定性评价活动性声源，不能判断缺陷的尺寸和类型（裂纹、未熔合、未焊透、夹渣）。
因此，应采用其它无损检测方法对声发射源进行评价，常用的无损检测方法有射线、超声、磁粉、渗透、涡流等。
6．什么是弹性变形和塑性变形？材料或构件在外力作用下要改变原来的形状，当外力消除后能完全消失的变形叫做弹性变形，消失不了而残留下来的变形叫做残余变形或塑性变形。
7．凯塞效应，Kaiser effect在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平之前不出现可探测的声发射的现象。
8．费利西蒂效应（Felicity effect）在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平的情况下，出现可探测到的声发射的现象。
9．费利西蒂比费利西蒂效应出现时的应力与先前所加最大应力之比。
10．突发型声发射定性描述分立声发射事件产生的分立的声发射信号。
11．连续型声发射定性描述快速声发射事件产生的持续的声发射信号。
12．试举出压力容器管道与构件的破裂模式延性破裂，脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、压力冲击破裂、蠕变破裂等。
13．造成声波衰减的主要因素有哪些？扩散衰减散射衰减吸收衰减14．声波在固体介质中的传播速度与哪些因素有关？钢中纵波、横波和表面波的波速有何近似关系？介质的弹性模量、密度、泊松比、波型1.8：1：0.9纵波波速：横波波速：表面波波速15.声发射信号源一定是缺陷源。
声发射检测原理
声发射检测原理声发射检测是一种无损检测方法，广泛应用于钢结构、物化设备等领域，用于评估材料或结构的完整性和稳定性。
在这篇文章中，我们将介绍声发射检测的原理以及如何应用该方法检测材料或结构的缺陷。
声发射检测原理声发射是指在材料或结构受到外部负荷的作用下，产生局部应力达到材料的应力临界值时，在材料内部或表面产生的声波信号。
这些声波可以通过传感器捕捉到，用于检测材料或结构的完整性和稳定性。
声发射检测最重要的原理是利用声波传播的特性来识别材料或结构中存在的缺陷。
当材料或结构受到外部作用时，缺陷处的应力集中会引起局部弹性形变。
如果这种形变足够大，它将达到材料的临界值并导致裂纹的扩展。
此时，声波会从缺陷处传播到材料的表面并通过传感器捕获到。
这些传感器可以将声波转换为电信号并将其传输到信号处理系统进行分析和识别。
声发射检测应用声发射检测在材料和结构领域的应用非常广泛。
它可以评估材料和结构中缺陷的数量、位置、大小和形态。
以下是一些常见的应用场景：管道监测声发射检测可以用于检测管道系统中的裂纹和漏洞。
在管道上设置传感器，当管道受到外部负荷时，如果存在裂纹或漏洞，声波将通过传感器传播到信号处理器中，由此可以确定管道中的缺陷位置、大小和形态。
钢结构监测声发射检测可以用于验证大型钢结构的完整性和稳定性。
在钢结构上设置传感器，当该结构受到外部负荷时，声波将通过传感器传播到信号处理器中，并可以识别出结构中的缺陷或损伤。
桥梁监测声发射检测可以用于检测桥梁的裂纹和损伤。
在桥梁上设置传感器，当桥梁受到外部负荷时，如果存在裂纹或损伤，声波将通过传感器传播到信号处理器中，从而可以检测出桥梁中的缺陷位置、大小和形态。
航空航天元器件监测声发射检测可以用于检测航空航天元器件中的裂纹和损伤。
在元器件上设置传感器，当元器件受到外部负荷时，声波将通过传感器传播到信号处理器中，并可以识别出元器件中的缺陷或损伤。
小结声发射检测是一种无损检测方法，通过利用声波传播的特性来识别材料或结构中存在的裂纹和损伤等缺陷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设 ，基傅立叶变换为 ,当 满足容许条件
(2.1)
时，我们称 为一个基本小波或母小波。由容许性条件可知： 具有衰减性，为此称之“小”；同时， 具有震荡性，故称之为“波”；将母函数
经伸缩和平移后得:
（2.2）
称其为一个小波序列。其中a为伸缩因子,b为平移因子。对于任意的函数 的连续小波变换为：
2.1
当材料或结构受应力作用时,由于其微观结构的不均匀及缺陷的存在,导致局部产生应力集中,造成不稳定的应力分布。当这种不稳定状态下的应变能积累到一定程度时,不稳定的高能状态一定要向稳定的低能状态过渡,这种过渡通常是以塑性变形、相变、裂纹的开裂等形式来完成。在此过程中,应变能被释放,其中一部分以应力波的形式释放出来,这种以弹性应力波的形式释放应变能的现象叫做声发射,也叫应力波发射。固体材料产生局部变形时,不仅产生体积变形,而且会产生剪切变形,因此会激起两种波,即纵波(又称压缩波)和横波(剪切波)。产生这种波的部位叫作声发射源。这种纵波和横波从声发射源产生后通过材料介质向周围传播,--部分通过介质直接传到安放在固体表面的传感器,形成检测信号,还有一部分传到表面后会产生折射,一部分形成折射波返回到材料内部,另一部分则形成表面波(又称瑞利波),表面波沿着介质的表面传播,并到达传感器,形成检测信号。通过对这些信号进行探测、记录和分析就能够实现对材料进行损伤评价和研究。其原理如图所示
2.
声发射信号是一种复杂的波形,包含着丰富的声发射源信息,同时在传播的过程中还会发生畸变并引入干扰噪声。如何选用合适的信号处理方法来分析声发射信号,从而获取正确的声发射源信息,一直是声发射检测技术发展中的难点。根据分析对象的不同,可把声发射信号处理和分析方法分为两类:一是声发射信号波形分析,根据所记录信号的时域波形及与此相关联的频谱、相关函数等来获取声发射信号所含信息的方法,如FFT变换,小波变换等;二是声发射信号特征参数分析,利用信号分析处理技术,由系统直接提取声发射信号的特征参数,然后对这些参数进行分析和评价得到声发射源的信息。很多声发射源的特性可以用这些参数来进行描述,为工程实际应用带来极大的方便。
与AE的大小有关。不受门槛的影响，主要用于连续型AE活动性评价
平均信号电平ASL
采样时间内信号电平的均值，
以dB表示
对幅度动态范围要求高而时间分辨率要求不高的连续型信号，尤为有用。也用于背景噪声水平的测量
时差
同一个AE波到达各传感器的
时间差，以µs表示
决定于波源的位置、传感器间距和传播速度，用于波源的位置计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(2.3)
其重构公式（逆变换）为：
（2.4）
从定义上可看出,小波变换也是一种积分变换,小波分解的过程就是不断地改变小波窗的中心(即时移)和尺度后与信号相乘作积分运算,从而得到信号在每一个频率尺度下任意时刻的信号成分。小波分解的结果反映了信号 在尺度a（频率）和位置b（时间）的状态
2.离散小波变换
在实际运用中,检测信号都是离散的试件序列,因此在计算机上进行小波分析时,连续小波必须加以离散化。需要强调指出的是,这一离散化都是针对连续的尺度参数a和连续平移参数6的,而不是针对时间变量t的。
振铃计数
越过门槛信号的振荡次数，可
分为总计数和计数率
粗略反映信号强度和频度，广泛用于AE活动性评价，但甚受门槛的影响
幅值
事件信号波形的最大振幅值，通常用dB表示
直接决定事件的可测性，常用于波源的类型鉴别、强度及衰减的测量
能量计数
事件信号检波包络线下的面
积，可分为总计数和计数率
反映事件的相对能量或强度。可取代振铃计数，也用于波源的类型鉴别
2.
图2.2 AE信号参数
Fig.2.2 AE signal parameters
.参数分析是目前声发射信号分析较为常用的方法,它是波形方法的简述。根据波形提取几个相关的统计数据,以简化的波形特征参数来表示声发射信号的特征,然后对其进行分析和处理得到声发射源的相关信息。图2.2为声发射信号简化波形参数的定义,常用的声发射参数包括:撞击(波形)计数、振铃计数、能量、幅度、峰值频率、持续时间、上升时间、门槛等。各参数的含义及用途见表2.1所示。
持续时间
事件信号第一次越过门槛到最
终降至门槛所经历的时间间
隔，以µs表示
与振铃计数十分相似，但常用于特殊波源类型和噪声鉴别
上升时间
事件信号第一次越过门槛至最
大振幅所经历的时间间隔，以µs
表示
因甚受传播的影响而其物理意义变得不明确，有时用于机电噪声鉴别
有效值电压RMS
采样时间内信号电平的均方根
值，以V表示
图2.1声发射检测原理
Fig.2.l AE detecting schematic
材料在应力作用下的变形与开裂是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源,通常称为传统意义上的声发射源。近年来,流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源,也归到声发射源范畴,称为其它声发射源或二次声发射源。
表2.1 AE信号参数
Tab.2.1 AE parameters
参数
含义
特点与用途
撞击计数
超过阀值并使某一通道获取数
据的任何信号称为一个波击，
可分为总计数、计数率
反映AE活动的总量和频度，常用于AE活动性评价
事件计数
由一个或几个波击鉴别所得
AE事件的个数，可分为总计
数、计数率
反映AE事件的总量和频度，用于源的活动性和定位集中度评价
外变量
试验过程外加变量，包括经历
时间、载荷、位移、温度及疲
劳周次
不属于信号参数，但属于波击信号参数的数据集，用于AE活动性分析
2.
信号波形分析的常用方法包括时域分析、频谱分析和时频分析,它们各自具有不同的特点。时域分析是最直观、最容易理解的信号表达形式。在一些对幅值感兴趣的工程问题中,这种描述最为有用,例如结构振动的位移、加速度等。但是它没有任何频率信息,看不到信号的成分,不利于分析振源、振动传递与频率的关系等问题。频谱分析一般通过傅里叶变换把信号映射到频域加以分析,虽然这种方法能够将时域特征和频域特征联系起来,能分别从信号的时域和频域观察,但却不能表述信号的时-频局部性质,而这恰恰是非平稳信号最根本和最关键的性质。在此基础上,人们对傅立叶分析进行了推广,提出了很多能表征时域和频域信息的信号分析方法,如短时傅立叶变换,Gabor变换,小波变换等。