声发射原理及参数
声发射特征参数
阈值（Threshold）:对前置放大器的输出,设置高于背景噪声水平的门槛电压,即称为阈值.到峰计数(Pcnts of Park）：波击(Hit)和波击计数（撞击累计数和撞击计数率）：超过阈值并使某一通道获取数据的任何信号称之为一个波击，所测得的波击个数可分为总计数和计数率.反映声发射活动的总量和频度，常用于声发射活动性评价。
事件(Event）和事件计数（事件累计数和事件计数率): 产生声发射的一次材料局部变化称之为一个声发射事件,可分为总计数和计数率。
一阵列中，一个或几个波击对应一个事件. 反映声发射事件的总量和频度,用于源的活动性和定位集中度评价.绝对能量（Absolute Energy)：是声发射撞击信号能量的真实反映，单位为attoJoules(简写为aJ）,1aJ相当于10-18J。
信号强度(Signal Strength)：是对声发射撞击信号能量另一种形式的度量单位为picovolt—sec，1picovolt—sec相当于10—12volt—sec。
能量（Energy)）：也称为“PAC—Energy",是美国PAC公司在2978年，为了模拟声发射系统的增益匹配而定义的声发射信号参数。
其内涵与信号强度相同,只是灵敏度、大小和动态范围与信号强度不同.能量计数(累计能量和能量率）：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。
对门槛、工作频率和传播特性不甚敏感，可取代振铃计数，也用于波源的类型鉴别。
振铃计数(Counts）（振铃累计数和振铃计数率）：越过门槛信号的振荡次数,可分为总计数和计数率. 信号处理简便，适于两类信号,又能粗略反映信号强度和频度,因而广泛用于声发射活动性评价，但受门槛值大小的影响。
峰值幅度(Amplitude）和幅度计数:信号波形的最大振幅值,通常用dB 表示（传感器输出1μV 为0dB）。
与事件大小有直接的关系，不受门槛的影响,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。
声发射特征参数
阈值（Threshold）：对前置放大器的输出，设置高于背景噪声水平的门槛电压，即称为阈值。
到峰计数（Pcnts of Park）：波击(Hit)和波击计数（撞击累计数和撞击计数率）：超过阈值并使某一通道获取数据的任何信号称之为一个波击,所测得的波击个数可分为总计数和计数率。
反映声发射活动的总量和频度,常用于声发射活动性评价。
事件（Event）和事件计数（事件累计数和事件计数率）：产生声发射的一次材料局部变化称之为一个声发射事件,可分为总计数和计数率。
一阵列中,一个或几个波击对应一个事件。
反映声发射事件的总量和频度,用于源的活动性和定位集中度评价。
绝对能量(Absolute Energy)：是声发射撞击信号能量的真实反映，单位为attoJoules(简写为aJ)，1aJ相当于10-18J。
信号强度(Signal Strength)：是对声发射撞击信号能量另一种形式的度量单位为picovolt-sec,1picovolt-sec相当于10-12volt-sec。
能量(Energy)）：也称为“PAC-Energy”,是美国PAC公司在2978年，为了模拟声发射系统的增益匹配而定义的声发射信号参数。
其内涵与信号强度相同，只是灵敏度、大小和动态范围与信号强度不同。
能量计数（累计能量和能量率）：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。
对门槛、工作频率和传播特性不甚敏感,可取代振铃计数,也用于波源的类型鉴别。
振铃计数(Counts)（振铃累计数和振铃计数率）：越过门槛信号的振荡次数,可分为总计数和计数率。
信号处理简便,适于两类信号,又能粗略反映信号强度和频度,因而广泛用于声发射活动性评价,但受门槛值大小的影响。
峰值幅度(Amplitude)和幅度计数：信号波形的最大振幅值,通常用dB表示(传感器输出1μV 为0dB)。
与事件大小有直接的关系,不受门槛的影响,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。
声发射检测
声发射检测原理
声发射检测的基本原理是由外部条件(力、热、电、磁 等)的作用而使物体产生并发射声信号，接收这些信号， 加以处理，分析和研究，推断材料内部状态或缺陷性质和 状态变化的信息。声发射检测属于动态无损检测方法。 声发射技术与其他无损检测技术相比，具有两个基本 差别：1.检测动态缺陷，如缺陷扩展；2.缺陷本身发出缺 陷信息，而不是外部输入对缺陷进行扫查。 声发射检测技术的原理：
费利西蒂比大于1表示凯塞效应成立，而小于1则表示费利 西蒂效应成立。
费利西蒂比作为一种定量参数，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。
一般情况下，费利西蒂比越小，表示原先所受损伤或结 构缺陷越严重。树脂基复合材料等粘弹性材料，由于具有 应变对应力的迟后效应而使其应用更为有效。 在一些复合材料构件中，费利西蒂比小于0.95作为声发射 源超标的重要判据。
亚临界裂纹扩展
凯赛尔效应与费利西蒂效应
凯赛尔效应是德国学者凯赛尔在1963年研究金属声发 射特性时发现的。材料被重新加载期间，在应力值达到上 次加载最大应力之前不产生声发射信号。多数金属材料和 岩石中，可观察到明显的凯赛尔效应。 在重复加载前，如产生新裂纹或其它可逆声发射机制，凯 赛尔效应则会消失。 材料重复加载时，重复载荷到达原先所加最大载荷前发生 明显声发射的现象，称为费利西蒂效应，也可以认为是反 凯赛尔效应。 重复加载时的声发射起始载荷P1对原先最大载荷P2之比 P1/P2,称为费利西蒂比。
为啥复合材料中要取 0.95作为声发射源超标 判据？
声发射源 声电转换 信号放大 信号处理 材料局部变化成为声发射事件，而声发 射源是指声发射事件的物理源点或发生发射波的机制源。 常见的声发射源：
声发射监测技术
机械设备故障诊断讲稿＿＿声发射监测技术声发射技术是根据结构内部发出的应力波来判断结构内部损伤程度的一种动态无损检测技术。
由于该方法能连续监视结构内部损伤的全过程，因此得到了广泛应用。
一、声发射监测的基本原理在日常生活中，人们会注意到，折断竹杆可以听到噼啦的断裂声，打碎玻璃可以听到清脆的破碎声，水开时可以听到对流声，这些都是人耳可觉查到的声发射现象。
通常，人们把物体在状态改变时自动发出声音的现象称为声发射。
其实质是物体受到外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放能量的一种现象。
由于声发射提供丁材料状态变化的有关信息，所以可用于设备的状态监测和故障诊断。
声发射源往往是材料损坏的发源地。
由于声发射源的活动常在材料破坏之前很早就会出现，因此，可根据材料的微观变形和开裂以及裂纹的发生和发展过程所产生声发射的特点及强度来推知声发射源目前的状态(存在、位置、严重程度)，而且可知道它形成的历史，并预测其发展趋势。
这就是声发射监测的基本原理。
二、声发射监测具有以下持点：(1)声发射监测可以获得有关缺陷的动态信息。
结构或部件在受力情况下，利用声发射进行监测，可以知道缺陷的产生、运动及发展状态，并根据缺陷的严重程度进行实时报警。
而超声波探伤，只能检测过去的状态，属于静态情况下的探伤。
(2)声发射监测不受材料位置的限制。
材料的任何部位只要有声发射，就可以进行检测并确定声源的位置。
(3)声发射监测只接收由材料本身所发射的超声波；而超声波监测必须把超声波发射到材料中，并接收从缺陷反射回来的超声波。
(4)灵敏度高。
结构缺陷在萌生之初就有声发射现象；而超声波、x射线等方法必须在缺陷发展到一定程度之后才能检测到。
(5)不受材料限制。
因为声发射现象普遍存在于金属、塑料、陶瓷、木材、混凝土及复合材料等物体中，因此得到广泛应用。
由于声发射具有以上特点，因此得到了科学家和工程技术人员的重视。
美国在l 964年就研制成功一套实用的声发射监测系统，并用于火箭发动机壳体水压试验的监测。
实验报告_耳声发射(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解耳声发射的基本原理和检测方法。
2. 掌握耳声发射的测量技术及其在临床诊断中的应用。
3. 分析耳声发射在不同听力障碍中的表现，为临床诊断提供依据。
二、实验原理耳声发射（Otoacoustic Emissions，OAE）是一种产生于耳蜗、经听骨链及鼓膜传导释放入外耳道的音频能量。
耳声发射主要分为自发性耳声发射和诱发性耳声发射。
自发性耳声发射是指耳蜗在没有外界刺激的情况下持续向外发射机械能量；诱发性耳声发射是指耳蜗受到短声或短音刺激后，经潜伏期，在外耳道可以记录到类似刺激声的声信号。
耳声发射的检测方法主要有两种：瞬态声耳声发射（Transient otoacoustic emissions，TEOAE）和畸变产物耳声发射（Distortion product otoacoustic emissions，DPOAE）。
TEOAE测试结果为通过（pass）表示正常，不通过表示需要进一步检查；DPOAE可应用于噪音性聋、老年性聋、药物性聋等感音性聋的诊断和检测。
三、实验材料与设备1. 实验材料：受试者（年龄、性别不限）、耳机、声发射仪、记录仪等。
2. 实验设备：耳声发射仪、电脑、耳机、麦克风等。
四、实验方法1. 受试者准备：受试者安静休息5-10分钟，确保实验过程中耳部无异物。
2. TEOAE检测：将耳机戴在受试者耳朵上，调整耳机位置，确保耳机与受试者耳朵紧密贴合。
开启耳声发射仪，调整测试频率和强度，记录TEOAE信号。
3. DPOAE检测：将耳机戴在受试者耳朵上，调整耳机位置，确保耳机与受试者耳朵紧密贴合。
开启耳声发射仪，调整测试频率和强度，记录DPOAE信号。
4. 数据分析：将记录的TEOAE和DPOAE信号输入电脑，利用耳声发射分析软件进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析1. TEOAE检测结果：受试者TEOAE测试结果为通过，表明受试者听力正常。
2. DPOAE检测结果：受试者DPOAE测试结果为通过，表明受试者听力正常。
无损检测技术中的声发射检测方法
无损检测技术中的声发射检测方法声发射检测方法是无损检测技术中的一种重要方法，它通过监测材料或结构在受力或变形时产生的声波信号，识别出潜在的缺陷或病态信号，从而实现对材料或结构的监测和评估。
声发射检测方法具有灵敏度高、可靠性强、非破坏性的特点，被广泛应用于航空航天、能源、交通、制造等领域。
声发射检测方法的基本原理是利用物体在受力或变形时产生的应变能释放出声波信号。
当材料或结构中存在缺陷或病态时，这些缺陷会在受力或变形时产生能量释放，从而引起声波信号的发射。
通过分析和处理这些声波信号的特征参数，可以确定缺陷的位置、大小、性质以及材料或结构的损伤程度。
声发射检测方法在无损检测领域中有着广泛的应用。
首先，它可以用于评估材料或结构的完整性。
在航空航天领域，飞机的结构完整性是至关重要的，声发射检测方法可以用来监测飞机的机翼、机身等关键结构是否存在潜在的裂纹、疲劳或腐蚀等问题。
其次，声发射检测方法还可以用于监测材料或结构在受力或变形时的响应情况。
例如，在能源领域，声发射检测方法可以用来监测核电站压力容器的变形和疲劳破坏，以确保其安全运行。
此外，声发射检测方法还可以用于提前预警材料或结构的潜在问题，以便采取相应的维修和保养措施，避免事故的发生。
声发射检测方法具有许多独特的优点。
首先，它是一种非破坏性的检测方法，不需要对材料或结构进行破坏性的取样或试验，可以对大型、复杂的结构进行在线监测。
其次，声发射检测方法对缺陷的敏感性高，能够检测到微小的缺陷，如微小裂纹、微小气泡等。
第三，声发射检测方法具有较高的可靠性和准确性，可以对缺陷进行实时监测和评估，及时发现潜在问题并采取相应的措施。
此外，声发射检测方法还具有较强的定位能力，可以确定缺陷的具体位置和分布。
然而，声发射检测方法也存在一些局限性。
首先，对于复杂结构和材料的检测，声发射检测方法可能受到环境噪音的干扰，影响信号的采集和处理。
其次，在某些情况下，声发射检测方法可能存在误报和漏报的情况，需要进一步的分析和判断。
岩体岩石声发射监测技术
《岩体（岩石）声发射监测技术》
P11 /20
4、声发射技术的应用
对声发射信号进行处理，是识别产生声发射源的部位和 性质的唯一途径。 在声发射信号的处理和分析方面，除大家普遍常用经典 声发射信号参数和定位分析之外， 我国目前开展了处于世界 前沿的基于波形分析基础之上的模态分析、经典谱分析、现 代谱分析、小波分析和人工神经网络模式识别，另外也对声 发射信号参数采用了模式识别、灰色关联分析和模糊分析等 先进的技术，我国还自主开发了进行各种信号分析和模式识 别的软件包。
5、结语
(1) 岩体声发射监测技术在预测预报方面有很大的优越
性，但在应用中缺少理论支持，目前尚需完善。 (2) 声发射信号含有大量丰富的声发射源信息，应大力 将先进的信号处理与分析方法应用到声发射信号处理中来， 以达到更为合理、准确的声发射预测效果。 (3)由于矿山工程的复杂性，因此在实际应用中若能与位 移应力等监测方法相结合，效果会更好。
参考3：尹贤刚，岩石破坏声发射平静期及其分形特征研究，岩石力学与工 程学报，2009 ，28(增2)；
《岩体（岩石）声发射监测技术》
P18 /20
4、声发射技术的应用
参考4：李纪汉，岩石摩擦滑动的声发射b值，西北地震学报，1987 ，9(4)； 参考5：李元辉，岩石破裂过程中的声发射b值及分形特征研究，岩土力学， 2009 ，30(9)；
《岩体（岩石）声发射监测技术》
P05 /20
2、声发射测试的基本原理
图2.1 声发射测试系统
《岩体（岩石）声发射监测技术》
P06 /20
2、声发射测试的基本原理
图2.2 声发射测试试验实物图
《岩体（岩石）声发射监测技术》
P07 /20
2、声发射测试的基本原理
【2019年整理】声发射及红外无损检测技术
17
6.4 声发射检测技术
(3)声发射在飞机结构件监测中的应用
华中科技大学机械学院
18
6.5 红外无损检测
华中科技大学机械学院
红外无损检测是利用红外物理理论，把红外辐射特性的分析技术和 方法，应用于被检对象的无损检测的一个综合性应用工程技术。
1 红外无损检测技术的特点
华中科技大学机械学院
28
6.5 红外无损检测
华中科技大学机械学院
(2)红外热像仪
红外热像仪的工作原 理
红外测温仪所显示的是被测物体的某 一局部的平均温度，而红外热像仪则 显示的是一幅热图，是物体红外辐射 能员密度的二维分布图。通常一幅图 像由几十万或上百万个像素组成，要 想将物体的热像显示在监视器上，首 先需将热保分解成像素，然后通过红 外探测器将其变成电信号，再经过信 号综合，在监视器上成像。图像的分 解一般采用光学机械扫描方法。目前 高速的热像仪可以做到实时显示物体 的红外热像。
9
6.4 声发射检测技术
华中科技大学机械学院
(2)平面三角形定位法
10
6.4 声发射检测技术
(3)归一化正方阵定位法
(x 1)2 ( y 1)2 v2t12 (x 1)2 ( y 1)2 v2 (t1 t2 )2 (x 1)2 ( y 1)2 v2 (t1 t3 )2 (x 1)2 ( y 1)2 v2 (t1 t4 )2
20
6.5 红外无损检测
红外辐射分为三个波段 (1)近红外波段 波长为0.75~3.0μm。 (2)中红外波段 波长为3.0~20μm (3)远红外波段 波长大于20μm。
华中科技大学机械学院
红外辐射定律
(1)黑体
- 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)。
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。
但是这两种分类也不是绝对的，因为在很多时候，这两种信号是同时发生的。
中国资产管理网
利用声发射信号检测时可以分为两个步骤。
首先是对故障的位置进行确定，其次对故障的性质进行分析。
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。
目前分析所使用的特征参数一般有振铃计数与计数率、事件计数与计数率、振幅与振幅分布、能量和能量率、有效值和频谱分布等[3]。
根据声发射信号的主要类型和研究的需要，可以确定选择合适的声发射特征参数。
声发射信号的典型参数如图1所示[7]，波形超过预置的阑值电压后便形成一个个矩形脉冲，这些矩形脉冲就称为事件脉冲，将信号进行包络检波后再进行事件脉冲计数就是事件计数，单位时间的事件计数为事件计数率，计数累计就称为事件总数。
设置阂值电压的重要作用就是对低于阑值电压的信号不予考虑，这在一定程度上抑制了干扰噪声，故又称为幅值剔噪法。
此外还有加权振铃计数法等。
能量法通常以能量值和能量率的形式给出。
能量值是指在给定的测量时间范围内所得到的能量大小，单位时间的能量称为能量率。
能量分析法是直接度量振幅或者有效值和信号的持续时间，反映声发射能量的特性[4]。
能量法与其他的声发射参数相比，更能反映裂纹扩展的特征。
二、试验与分析
本文通过现场的试验说明声发射技术在机械故障检测中的应用，原理如图2。
图3a、b分别是2002年12月1日和2003年1月28日对某机组的两次检测。
第一次为机组运行正常的情况，第二次为机组出现异常的情况。
图3a中的正常信号没有明显的变化，基本上是环境噪声所引起的。
而经过近两个多月的运行，图3b所示的信号幅值变化就很明显，为典型的连续声发射信号。
随时间的持续，信号特征也在不断变化，由经验判断该故障可能为机组的转轴裂纹扩展，因此首先确定对转轴进行故障检测。
一般采用声发射波到达的时间差决定声发射源的位置[6]。
本文采用广义线性定位法来确定裂纹的位置，广义线性定位的原理如图4所示。
假设在A和B两点处布置声发射传感器，A、B距离为l，建立局部坐标系，原点O在AB连线的中点，假定声发射源C在偏离声发射传感器连线，坐标为（x，a），声发射信号从C处传至A处的时间为t1，传至B处的时间为t2，声波在材料中的传播速度为υ，则
式中tc—声发射信号从C点发出的时刻
tA—声发射信号到传感器A的时刻
tB—声发射信号到传感器B的时刻
本试验现场检测采用两个频响为300kHz的声发射传感器（A、B）。
安装位置如图2所示。
试验中两个传感器的距离l为150cm，轴材料为45钢，声发射信号在结构中的传播速度为3400m/s，对于时间差τ的求法，采用两个传感器所采集的信号的互相关函数来确定。
互相关的函数定义如下：
采样频率取为10MHz，即周期T为0.25μs。
由信号的互相关函数计算得到滞后时间差为τ= 73μs，则：
距A的距离：
距B的距离：
x2＝l-x1＝150-81.2＝68. 8cm
确定出声发射源的大致位置以后，还要对裂纹扩展的严重程度进行分析。
裂纹的扩展是能量累积到一定程度的结果，因此对信号所包含的能量进行分析，由一声发射信号的能量可以表示为：
声发射信号的能量是可以用振幅来表示的。
本文采用Hilbert算子解调法对信号幅值的平方进行解调处理。
Hilbert解调法通过构造原始调制信号的复解析信号，并对复解析信号进行包络处理的方法实现信号的解调，其解调结果与调制信号完全相同，经过构造的解析信号为：q (t)＝x (t)+jH〔x (t)〕
其中
对正常机组的声发射的信号和故障机组的声发射信号分别进行幅值平方，经过Hilbert幅值解调得到的包络如图5所示。
计算所得到正常信号所包含的能量为11.2037，而故障包络线所围成的面积即能量为53.2996，能量率为0.5329。
正是因为能量的不断累积增大导致裂纹失稳扩展，从而产生剧烈的声发射信号。
由能量分析的特点和计算，可以初步确定裂纹的位置和扩展状态，停机检查的结果证实了这一点。
三、结论
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。
通过对声发射信号一些特征参数的分析，表明声发射信号能够清晰地辨别和确定裂纹扩展故障的变化过程，对提高机械设备运行的安全性有重要的作用。
该方法无论是作为单独的诊断手段还是与其他方法结合起来，对故障诊断的准确率和可信度都会有很大的提高。
参考文献
1 袁振明．声发射技术及其应用．北京：机械工业出版社，1985
2 李造鼎，李锡润，虞和济．故障诊断的声学方法．北京：冶金工业出版社，1989
3 王祖荫．声发射技术基础．山东：山东科学技术出版社，1990
4 王仲生等编无损检测诊断现场实用技术．北京：机械工业出版社，2002
5 岳亚霖，徐秉汉等．声发射信号的广义线性定位法．船舶九学．2002年
6 [日]滕山邦久．声发射（AE）技术的应用．冶金工业出版社，1996
7 T. M. Roberts and M. Talebzadeh: Acoustic emission monitoring of fatiguecrack propagation. JOURNAL OF CONSTRUCTIONAL STEEL RESEARCH. 2003。