多通道全波形声发射检测系统的研究
声发射检测技术的研究现状及发展方向
声发射检测技术的研究现状及发展方向【摘要】声发射检测技术具有常规检测技术不可替代的优势，特别是在在役压力容器检验检测方面，不停产情况下实时监控压力容器的运行状况，及作出剩余寿命的预测，本文介绍了生发射技术的发展过程及研究现状，对推广应用声发射技术有重要意义。
【关键词】油气管线;缺陷;石油储罐;声发射1.前言石油储罐的建设促进了我国经济的快速发展，但同时也带来潜在的危险。
储存介质具有高温、高压、高腐蚀性等特征，罐壁、罐底容易发生腐蚀、疲劳或由于潜在缺陷扩展破裂等损伤，当腐蚀达到一定程度，会造成泄漏和爆炸等严重事故，造成人民的生命财产的巨大损失，严重污染环境，破坏生态平衡妨碍国民经济的可持续发展。
在役石油储罐的定期检测是保证其安全运行的必要措施，许多事故隐患可以通过对在役石油储罐的定期检测来发现和消除。
我胜利油田现有石油储罐从几百立方到数万立方的大型储罐大约共有几千台，为了保证人民的生命财产安全，及保护环境的必要性，对这些储罐定期检测尤为重要。
现行的检测方法是停止使用并清罐后，用无损检测设备进行罐底检测，可以避免一些腐蚀引起的泄漏事故，但检测周期长、费用高。
对于一些大罐，全部操作过程可能要超过30天。
有些大罐本来没有缺陷，进行上面的一系列操作后，严重影响了生产的正常运行，造成了很大的资金浪费。
2.国内外声发射检测技术研究现状及发展趋势声发射AE（Acoustic Emission）是指材料内部局部区域在外界（应力或温度）的影响下，伴随能量快速释放而产生的瞬态弹性波现象，声发射作为一种检测技术起步于20世纪50年代的德国，20世纪60年代，该技术在美国原子能和宇航技术中迅速兴起，并首次应用于玻璃钢固体发动机壳体检测;20世纪70年代，在日本、欧洲及我国相继得到发展，但因当时的技术和经验所限，仅获得有限的应用;20世纪80年代，开始获得较为正确的评价，引起许多发达国家的重视，在理论研究、实验研究和工业应用方面做了大量的工作，取得了相当的进展。
声发射检测技术
4 声发射仪器研制
• 1995年，中国特种设备检测研究院研制出硬件 采用PC-AT总线、软件采用WINDOWS界面的 多通道(2~64通道)声发射检测分析系统。2000 年，广州声华科技有限公司基于大规模可编程 集成电路（FPGA）技术，研制出全波形全数 字化多通道声发射检测分析系统。声华科技公 司多次将新研制的声发射仪器带到国外，参加 国际无损检测大会、国际声发射学术会议及展 览会，得到与会专家的好评，使我国的声发射 仪器在国外也有一定的影响。
• 1978年，随着全国无损检测学会的建立，成立 了第一届声发射专业委员会，并于1980年在黄 山召开了第一届全国声发射学术研讨会。到目 前为止，声发射专业委员会已改选了八届。每 一届声发射专业委员会都为我国各阶段声发射 技术的发展做出了重要贡献，培养了一大批声 发射研究领域的人才，提高了我国声发射技术 的应用水平。
1 中国声发射检测技术的发展历程
• 声发射检测与常规的无损检测方法有很大的差 别，可以完成许多常规检测所不能完成的任务。 因此，在我国石油、石化、电力、航空、航天、 冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与 加工等领域已经开展了广泛的声发射技术研究 和应用。
2 声发射检测标准状况
• 我国在声发射检测标准的制定方面已取得进展， 目前已颁布的主要声发射标准有： • GB／T 12604 .4—2005 声发射检测术语 • GB／T 18182—2000 金属压力容器声发射检 测及结果评价方法 • GJB 2044—1994 钛合金压力容器检测方法 • JB／T 8283—1995 检测仪性能测试方法
6 声发射学术会议
表1 中国历届声发射学术会议举办情况 届次 时间 地点 主办单位 1 1980.10 黄 山 合肥通用机械 研究院 2 3 4 1983.10 1986.11 1989.10 桂 林 长 春 黄 岛 声发射学组 长春试验机研 究所 北京航空材料 研究院
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。
超声波无损检测论文无损检测论文
超声波无损检测论文无损检测论文一种可实现高速信号处理的超声波无损检测系统的设计无损探伤技术是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。
超声波探伤就是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另，截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。
当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分別发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
随着超声波探伤技术的发展，对数字信号的处理与分析已不再仅仅是辅助技术。
而是一种基本技术，由此出现了各种全数字化的超声波检测设备。
但早期的数字化设备仅停留在超声波检测频率较低频段的信号处理上，主要是受到高速A/D和高速存储技术的限制，山于计算机总线技术应用的瓶颈，也不能实时多通道传送波形数据到计算机去处理，声源定位信号分析等实时显示分析的功能只能由硬件输出的参数完成。
而A/D转换器和高效率微处理器的问世克服了在高频领域应用模拟电子技术受到的各种限制。
数字化全波形超声波探伤设备就是由计算机作为主机，以单片机芯片为主构成的专用板卡统一控制管理超声系统。
这种设备综合应用了高速数据采集技术、A/D转换技术、大容量缓冲技术、多通道切换技术、数据存储技术和数据管理软件技术等先进的数据信号处理技术，使得多通道声发射波形的采集和分析不再困难。
因此，如何开发和研制更具先进性、创新性、科学性和实用性的全数字式超声波检测设备和系统，已成为一项紧迫性的任务。
本文主要介绍一种基于高速信号处理技术的超声波无损检测系统的典型设计方案，从系统的总体设计、单元电路设计和程序设计等方面阐述和分析了设让原理，电路和软件的结构与功能等，系统方案具有较高的技术含量和实用价值。
总体设计系统的总体结构设计如图1所示。
首先，由高压脉冲发生器发射高压脉冲，其经能量转換电路形成超声波信号，遇到缺陷或杂质时产生反射波，再经能量转换电路转換为电压信号，最后经放大电路放大、A/D转换后，形成数字量，写入高速数据缓存器中；然后，由PCI接口电路将缓存器中的数据适时地通过PCI总线送到本系统的微处理器进行处理，实现与外部计算机通信、显示、打印，存储和控制等功能。
声发射技术发展概述
声发射技术发展概述
声发射技术发展概述
声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现象，尽管无法考证人们何时首次听到声发射，但逐如折断树技、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。
可以十分肯定地推断“锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现象，因为纯锡在塑性形变期间机械栾晶产生可听得到的声发射，而铜和锡的冶炼可追朔到公元前3700年。
现代的声发射技术的开始以Kaiser五十年代初在德国所作的研究工作为标志。
他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。
他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即：“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”。
现在人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。
Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。
五十年代末，美国人Schofield和Tatro经大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错的运动所引起[5], 而且还得到一个重要的结论, 即声发射主要是体积效应而不是表面效应。
Tatro进行了导致声发射现象的物理机制方面的研究工作, 首次提出声发射可以作为研究工程材料行为疑难问题的工具, 并预言声发射在无损检测方面具有独特的潜在优势。
六十年代初，Green等人首先开始了声发射技术在无损检测领域方面的应用, Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。
在整个六十年代, 美国和日本开始广泛地进行声发射的研究工作, 人们除开展声发射现象的基础研究外, 还将这一技术应用于材料工程和无损检测领域。
美国于1967。
美国PAC声发射仪器
Expansion Interface Connector For>56CH
DiSP 系统结构图
Personal computer or industrial PC chassis
ch. 1
ch. 2 ch. 3 ch. 4 8-ch. para. inputs
PCI/DSP-4 module with on board DSP and auto sensor testing
PAC公司多通道全数字化
声发射检测系统
PAC数字化AE发展过程
80’S Locan +TRA2.5ET，Turnkey system
90’S初 SPARTAN+TRA212
94年：第一代全数字化Mistras2001(AEDSP)
99年底：第二代全数字化DiSP系统（4通道
PCI总线） 2001, DiSP Ver5.0版(硬件X3，DMA）
AE特征提取与波形采集实时 AE波形采集与处理实时 实时采集与信号处理、滤波
DiSP主要AE特征参数
Hit驱动参数——
1．幅度 Amplitude 2．能量 Energy 3．记数 Counts 4．持续时间 Duration 5．RMS信号均方根值 6．ASL平均信号电平 7．上升时间 Rise time 8．峰值记数Counts to Peak 9．平均频率Average Frequency 10. 回荡频率：Reverberation Frequency:(Count-Count to peak)/(duration- rise time) 11. 初始频率：Initiation (Counts to peak)/(rise time) 12. 信号强度：Signal strength 13. 绝对频率：Absolute Frequency
声发射波形频谱
声发射波形频谱
声发射波形的频谱分析是指将声发射信号表示为振幅随频率变化的函数，通常用于研究声发射源的特性。
通过频谱分析，可以得到声发射信号在不同频率下的能量分布，从而推断出声发射源的性质。
在频谱分析中，常用的方法包括快速傅里叶变换（FFT）和小波变换等。
这些方法可以将时域信号转换为频域信号，从而得到信号在不同频率下的能量分布。
通过分析频谱图，可以了解声发射信号的频率成分、能量分布和传播规律等信息。
此外，声发射波形的频谱分析还可以用于故障诊断和无损检测等领域。
例如，在机械设备中，通过分析声发射信号的频谱特征，可以判断设备的运行状态和故障类型，从而及时采取相应的维护措施。
总之，声发射波形的频谱分析是一种有效的信号处理方法，能够提供声发射源的详细信息，为故障诊断和无损检测等领域提供重要的技术支持。
声发射信号处理关键技术研究
声发射信号处理关键技术研究声发射技术是一种无损检测和评价材料性能的方法，被广泛应用于各个领域。
声发射信号处理技术是声发射技术的重要组成部分，通过对声发射信号的采集、预处理、特征提取和识别等步骤，实现对材料性能的评价。
本文将对声发射信号处理的关键技术进行详细阐述。
采集是声发射信号处理的第一步，也是关键的一步。
采集设备的选择和布置直接影响到信号的质量和后续处理的效果。
目前，常用的声发射采集设备主要包括压电陶瓷、加速度传感器和电荷放大器等。
压电陶瓷是一种能够将声音信号转换成电信号的敏感元件，加速度传感器则能够实现对振动信号的测量，而电荷放大器则可以将传感器输出的微弱电信号进行放大，以便后续处理。
在采集过程中，需要根据实际情况选择合适的设备，并对其进行正确的布置。
预处理是声发射信号处理的第二个步骤，主要是对采集到的信号进行滤波、降噪等处理，以去除干扰信号和提高信号的信噪比。
常用的预处理方法包括滤波器设计和小波变换等。
滤波器可以根据信号的频率特征进行设计和选择，去除噪声频率信号，保留有用的声发射信号。
小波变换则可以对信号进行多尺度分析，将信号分解成不同的频段，并对每个频段进行相应的处理，从而实现对信号的降噪和特征提取。
特征提取是声发射信号处理的第三个步骤，主要是通过对声发射信号进行分析和处理，提取出反映材料性能的特征参数。
常用的特征提取方法包括时域分析、频域分析和时频分析等。
时域分析可以提取出信号的幅值、时间等参数，用于判断材料内部损伤的程度和位置。
频域分析则可以提取出信号的频率特征，例如通过FFT变换等算法得出信号的频率分布，进而推断出材料内部的损伤类型和程度。
时频分析则可以在时间和频率两个维度上对信号进行分析，提取出信号在不同时间和频率下的特征参数，例如通过小波变换和短时傅里叶变换等算法得出信号在不同时间窗下的频率分布。
识别是声发射信号处理的最后一个步骤，主要是通过对提取出的特征参数进行分类和识别，实现对材料性能的评价和预测。
浅谈声发射检测技术原理在锅炉压力容器检测中的应用
随着科学技术 的快速发展 ，声发射检测技术得 到了广泛的 应用。声发射又称应力波发射 ，当材料或零部件受 到外力作用 发生变形 、断裂或 内部应力超过屈服极限而进 入不 可逆的塑性 变形 阶段 ，都会 以瞬间弹性波形式释放 出应变能 ，这种现象称 为声发射 （ Ｅ） Ａ 。在外部条件作用下 ，材料或零部件的缺 陷或 潜 在缺陷改变状态 而 自动发 出瞬 间弹性 波的现象亦称 为声发 射 。由于这种声发射弹性波能反映出材料 的一些性质 ，故采用 检测声发射信号的方法 ，可 以判断材料或设备 的某种状态 。运 用仪器检测 、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号诊断 发射源状态的技术称为声发射检测技术 。
科学 之 友
Ｆｉ ｄｏＳ ｉ ｃ ｍ ｔｕ ｒｎ ｆ ｃ ｎｅ ａｅｒ ｅ ｅ Ａ ｓ
２１年０ 月 ００ ９
浅谈声 发射 检 测技 术原 理 在锅 炉压 力容 器检 测 中的应 用
吴从 容
（ 广州市特种承压设备检测研究院 ，广东 广州 ５０ ０ ） ９０ １
摘 要 ：随着科 学技术的快速发展 ，声发射检 测技 术得到 了广泛 的应用 ，文章主要介绍 了声发射检 测技术在锅 炉压力容器检测 中的原理及其应用。 关键词 ：声发射检 测技 术；声发射泄漏检 测技术 ；锅 炉压 力容器检 测
中图分类号：Ｔ ８ ８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１０ —８３ ２ １ ２ —０２ ０ Ｈ ７ ０ ０ １６（ ００） ７ ０４— ２
声发射 泄漏 检测技术是声发射技术应用的重 要分支之一。 其原理是 ：当气体或液体在一定压力作用下从漏孔泄漏时会在 漏孔处激发 出连续的机械波 ，通过示波器观察泄漏激发的声发 般常规 的无损检测方法 ，都只能检测 “ 静态”缺陷 ， 而 射波形 ，其形状为幅度波动很小 的、连续的、几乎无任何规律 发展 中的缺陷才是锅炉压力 容器 中最危险的隐患 。声发射检测 的波动 。 泄漏声发射波的频带范围分 布随漏孑 大小 、 Ｌ 泄漏速度 、 基于金属材料在应力作用下发生塑性变形 和缺 陷扩展时会发 出 泄漏介质不 同可从几 Ｈ ｚ到几百 ｋ ｚ不等 。利用适合的声发射 Ｈ 声信号的物理现象为原理 ，采用多通道换 能器并利用现代 的电 传感器接收这些来 自泄漏部位 的声发射波 ，然后将机械波转变 子处理技术进行信号采集和分析 ，从 而得到部件在加载 时缺陷 成 电信号并放大后传送至声发射主机 ，经过分析处理就可 以确 的动态信息。 用声发射对承载设备 的监听、 对结构材料中的 “ 动 定并得到泄漏 的位置和泄漏量的大小等信息。 态”缺 陷进行检测 和定位 ，以评定结构 的完整性。声发射检测 般 而言 ，泄漏量越大 ，激发 的声发射信号幅度也越高。 不必像其他常规探伤方法 “ 必须充分接近缺陷位置 ”和 “ 逐一 对于声发射泄漏检测技术而言 ， 所用 的传感器频率越低 ， 则能监 扫描 ”才能进行检验 ，而是靠有 限的几个 “ 固定不动的”传感 听更远距离的泄漏源。由于受到环境噪声的影响， 声发射泄漏检 器就有可能对整个设备 的完整性做 出评定。 测的频率范 围多数在几十 ｋ ｚ至几百 ｋ ｚ之间。资料显示 ，目 Ｈ Ｈ 事实上 ， 大多数压力容器事故是 由焊接缺陷引起的。因此 ， 前声发射泄漏检测的灵敏度最高可以达到 １ １一ｐ ３ 。因 ０ ０ ．／ ｍＳ 有效地进行焊接缺陷的检验和缺陷评定在相 当程度上是有效地 此， 可以看出声发射泄漏检测技术是一种相对灵敏度较低 的检测 进行了压力容器的检验 。常规压力容器检测方法是焊缝 的全面 技术 ，目前其主要应用在航空航天、石油化 、电力、核电等行业 常规无损检测 ， 如超声波探伤 、Ｘ射线 、ｖ射线 、磁粉探伤和着 的管路 、阀门、容器 、 罐等 。 色探伤等。一般情况要对压力容器 的所有焊缝进行不少于 ２ ％ ０ ２３ 声发射检测技术的应用 ． 比例 的 Ｘ 射线焊缝 内部探伤 ， 有时甚至要进行 １０ ０ ％焊缝常规无 声发射检测通常与压力 容器水压试验过程 同步进行 ，以确 损探伤 （ 超声波或射线探伤 ） 必要时还要对焊缝缺陷部位进行 定活动发展性焊接缺陷可能存在 的区域。第一步检测所需 的时 ， 断裂力学评定 ，工作量大、检测时间长、劳动强度大。而声发 间大约是水压试验所需时间，检测结果数 据保存在计算机的磁 射技术检测是 由多通道换能器接收受压部件受载时材料 内部缺 盘 和有关图表上 ，并在容器壳体上可推算 出声发射源的位置 。 陷因屈服 、开裂、裂纹扩展等强烈变形现象所发出的声波信号 由于声发射检 测是计算机控制缺陷 自动数据采集 ，数据可靠性 （ 应力波或能量波 ） ，从而对这些信号进行采集 、处理 、分析 ， 高 ，人为因素干扰小 ，数据可长期保存 ，结果显示 简单 明了 ， 以得到产生声发射信号缺陷的情况参数 ，如应力波 幅度大小、 对查出的声发射源定位性能极佳 。应用声发射技术进行缺陷检 次数或个数的多少 、应力波缺 陷源 的部位、出现应力波的载荷 测与评定 的第二步是对 已查出的声发射源进行 常规无损检测复 等，从而达到缺陷评定的 目的。 验。根据定位结果通过复验来确认哪些声发射源是与焊接缺陷 ２ 声发 射检测技 术原理 与应用 有关 的 ，哪些是噪声干扰源 和其他原因产生的源 。第二步工作 量一般较小 ，例如某 ５ 储罐仅需对 ｌ 个声发射源共约 ３ｒ ０ｍ １ ｆ ｌ ２１ 声 发射 检 测 技 术基 本 原 理 ． 声发射 （ ＯＵ ＴＣＥ Ｓ Ｉ Ｎ，简称 Ａ 是 指材料局部 ＡＣ Ｓ Ｉ ＭＩＳＯ Ｅ） 长的焊缝进行常规无损复验 。应用声发射技术进行焊 接缺陷检 验与评定的第 三步是在第一步声发射检测结果和第二步常规无 因能量 的快速释放而发 出瞬态弹性波 的现象 ，也称为应力波发 射。 声发射是一种常见的物理现象， 大多数工程材料变形和断裂 损检测复验结果 的基础上进行 缺陷评定。第三步的具体 内容就 时都有声发射产生 ， 如果释放的应变能足够大，还可产生人耳听 是根据声发射压力容器检测数据和有关标准以及 常规无损检测 得见的声音 。例如坐在椅子上晃动身体时 ，可以听见嘎吱声。 数据 、有关标准和压力容器事故失效分析的数据对声发射 源焊 在检测实践中 ，通常我们需要借助灵敏 的电子仪器来探测 接缺 陷进行评定。
声发射技术(AE)简介及研究方法
进入九十年代，美国PAC公司、美国 DW公司、德国Vallen Systeme公司和 中国广州声华公司先后分别开发生产了 计算机化程度更高、体积和重量更小的 第三代数字化多通道声发射检测分析系 统，这些系统除能进行声发射参数实时 测量和声发射源定位外，还可直接进行 声发射波形的观察、显示、记录和频谱 分析。
表1 中国声发射学术会议举办的地点与时间
届次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
时间 1979 1983 1986 1989 1993 1995 1997 1999 2001 2004 2006 2009 2012 2014 .7 .4 .11 .8 .9 .10 .10 .6 .8 .07 .08 .07 .08 .8 地点 黄山 桂林 长春 青岛 张家 峨眉 北京 上海 成都 大庆 杭州 南京 济南 兰州 界 山
03
AE技术在工程中的实际应用
1
目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法，已被广 泛应用于许多领域，主要包括以下方面：
多通道声发射检测仪参数资料
多通道声发射检测仪——SAEU2S-200多通道声发射检测仪基本技术指标：•数据通讯：采集卡与计算机USB2.0通讯•主机联用：可自行设置每个机箱的主板编号，多主机可级联组成联合系统，每个主机也可单独使用•声发射信号处理：采集卡硬件每个通道均有AE特征参数实时提取功能•参数通过率：实时连续声发射特征参数数据通过率大于40万组/秒•波形通过率：实时连续声发射波形数据通过率：大于30MB/秒•硬件实时数字滤波器：0kHz-3MHz频率范围内任意数值设置直通、高通、低通、带通及带阻。
每个通道连续信号经数字滤波后波形重构，重构后的波形产生声发射参数。
•硬件实时FFT分析：采集卡硬件连续信号FFT频域波形及功率谱参数输出•波形采样长度：最大单个波形采样长度可达128k采样点•波形前/后采功能：触发前预采集长度可达128k采样点•连续波形功能：16位10M采样率条件下可保证1个通道连续波形全部数据上传•AE通道数：最大可扩展至200通道•采样频率/采样精度：可选配40M18bit、20M18bit、10M16bit、5M16bit、3M16bit•信号调理器：每一通道板卡增益可设置0dB,-6dB,-9.5dB,可选主放增益•自动传感器测试：内置AST功能，能发射声发射信号用于测试•响应频率：1kHz-2.5MHz•模拟滤波器：20kHz、100kHz、400kHz三个高通滤波器，100kHz、400kHz、1200kHz三个低通滤波器，•主机噪声：﹤10dB（空载）•最大信号幅度：100dB•动态范围：90dB•AE特征参数：过门限到达时间、峰值到达时间、幅度、振铃计数、持续时间、能量、上升计数、上升时间、有效值RMS、平均值ASL、12个外参、质心频率、峰值频率、5个局部功率谱•模拟外参通道：1～12个可选•外参采样精度：12位/16位可选•外参采样率：32KSPS•外参输入范围：±10V•报警输出：主机以开关量方式输出•供电（给前置放大器）：28V DC•AE信号输入阻抗：50Ω•AE信号输入范围：±10V•工作温度：-10℃～﹢45℃多通道声发射仪标准配置：•SAEU2S-200多通道声发射仪（通道数需定制）•SAEU2S数据采集分析软件•前置放大器：数目同通道数•声发射传感器：数目同通道数，（Soundwel系列声发射传感器任选）•同轴电缆：数目同通道数•传感器夹具：数目同通道数•传感器信号线：数目同通道数•耦合剂：耐高温树脂润滑剂•其他配件：导向环，断铅测试铅笔，铅芯等•硬质塑料包装箱：滑轮设计多通道声发射仪应用参考：•声发射信号监测与研究；•轴承，机加工等过程监测；•压力容器的结构完整性评价•常压贮罐的底部泄漏检测，阀门、管道的泄漏检测•金属、非金属材料的性能试验•电力、航空、冶金制造行业的产品性能研究。
声发射技术研究现状
声发射技术研究现状声发射技术（Acoustic Emission, AE）是无损检测技术的一个分支，是一种检测材料结构的有力手段。
目前，灌状容器、管道、道路、桥梁、航天、机械构件等各方面得到广泛应用。
声发射技术起源于二十世纪初期，美国学者Obert 和Duvall 开创了现代声发射技术的基础，其使用压电晶片作为探头，前置放大为80-100dB，频率区间限制为150-10000Hz。
此后，各种努力与尝试主要集中在各种材料变形与断裂过程中的声发射现象研究。
Czochralski 发现锡和锌晶体孪生过程发出“哭声”。
Ehrenfest 和Yoffe研究发现盐和锌变形过程伴随着点击声。
地震学家Kishinouye 首次开发和使用仪器来发现木材实验过程中产生的声发射。
Forster 和Scheil 使用自制的仪器研究马氏体相变过程中的声发射。
声发射技术由Obert (1941)和Hodgson (1942)最早用于工程材料研究，他们不仅提出了声发射的基本思想，并且对材料的破裂点进行了定位研究，借此确定岩石中的最大应力区。
而作为一门新型技术方法与科学研究是从1950年德国的Kaiser开始进行的，他经过研究发现所有的金属材料再行变过程中都存在声发射现象，并且发现了声发射现象的不可逆效应，即凯瑟尔效应（Kaiser effect）：材料在重复加载时，在其应力值达到上次加载的最大应力之前不产生AE 信号。
1957年，Tatro进行了声发射现象的物理机制方面的研究,提出声发射是体积效应而不是表面,同时他还首次提出声发射技术可以作为研究工程材料行为疑难问题的工具,并预言声发射在无损检测方面有着独特的优势和应用前景。
60年代，瑞典、波兰、加拿大等国家相继研发了单通道、多通道的掩体声发射检测仪，并将其应用于矿井的大面积的地压活动和顶板冒落的预测预报。
60年代初，Green等人首先开始了声发射技术在无损检测领域的应用，成功地在焊接延迟裂纹监测、压力容器、核反应堆冷却液泄漏、固体发动机壳体各方面成功应用。
声发射检测技术的研究现状及发展方向
目前 ， 国内外 的声发 射 检测 技 术研 究 主要有 以下 四个方 面 ： （ １ ） 理 论 研 究 方 面 ， 声 发 射 传 播 理 论 、波 形分 析 、声 发射 传 感 器 的校 正理 论 研 究使得 声发 射技 术应 用 范围不 断扩 大 。 （ ２ ） 声发射信 号处理方面 （ 尤 其 是 数 字 信 号 处理 技 术 ） 的 研 究 ，对 声发 射 源 性 质 、 信 号 的 传 播 特 性 等 的 认 识 的 不 断 研 究 ， 以提高 声 发射 技 术检 测 结果 的 可靠 性 和重 复 性 。声 发射 信 号处 理 技术 的 发展 同 声 发射 技术 的 发展 ，特 别 是 同声 发 射采 集 系统 的 发展 及 现代 信 号处 理 技术 的 发展 息 息相 关 。 （ ３ ） 计 算 机 技 术 、集 成 电路 、人 工 神 经 网络 等及 模 式识 别技 术 的进 一 步研 究 ，
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…ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一
学 室 一 ｌ
声发射检测技术 的研究现状及发展方 向
中国石化 集团胜利石油管理局海上石油工程技术检验 中心 赵洪 波
【 摘要 】声发射检测技 术具有常规检测技术不 可替 代的优势 ，特别是在在 役压力容器检验检 测方 面，不停产情况 下实时监 控压力容器的运行状况 ，及作 出剩余寿
成功 ，为声 发 射技 术 从试 验 室 的材 料研 究 阶段 走 向在 生产 现 场 监视 大 型构 件 的结 构 完整 性应 用 创 造 了条 件 。随 着现 代 声发 射 仪器 的 出现 ，２ Ｏ 世纪７ Ｏ 年 代和 ８ Ｏ 年代 初 ， 人们 从 声发 射 源机 制 、波 的传 播 和 声发 射 信号 分析 方 面 开展 了广泛 和深 入 的 系统 研 究 。声 发射 仪 器 的发 展是 和 声发 射 技术 本 身的 发展 同步进 行 的 ，也分 为几 个阶段 ： （ １ ） 单通道 （ 或双通道型） 声 发 射 仪 的 产生 ，２ ０ 世纪６ Ｏ 年 代 末 ，产 生 了第 一 台单 通道 型 声发 射 仪器 ，这种 声 发射 系 统 只有 个 信 号 通 道 ， 功 能 单 一 ，采 用 模 拟 电 路 ，多 为测 量 计数 或 能量 类简 单 参数 ，只 用于 实验 室试样 的粗 略 声发 射检测 。 （ ２ ） 第 一代 多通 道 声 发 射 仪 器 出现 在 ２ Ｏ 世纪７ Ｏ 年 代 ，它 把 形成 各种 Ａ Ｅ 特 征量 输 出 的多通 道 硬件 模 块插 在 一个 容 纳箱 内， 通 过 内 部 总 线 与 当 时 流 行 的 一 台 标 准 小 型
声发射仪技术指标浅谈
以， 即使最为理想 的情况是 ， 将传感器来的信号直接 予 以模 拟— 数 字转 换 （Ｄ ）在 这 一过 程 中也 需 要 模 Ａ Ｃ， 拟电路（Ｄ Ａ Ｃ本身就应归为模拟 电路）一般在传感器 ； 之后 ， 还要加前置放大器 、 信号调理 电路等 ， 以根 所 本不可能是全数字化仪器。而一般意义上 的全数字 声发射 仪指 ， 除了 Ａ Ｃ和信号 调理 电路外 ， Ｄ 不再有 其他影 响参数和波形的模拟电路而 已１ １３ 按 照信 号 的处 理方 式分 类 ． 按照信号 的处理方式 ，可 以将声 发射仪分为参． 数式声发射仪 、直接波形式声发射仪和参 数一波形 式 声发 射 仪 。 （） １ 参数式声发射仪 参 数式声发射仪 ， 目 是 前使用范 围最广 、 应用实 践最长 的声发射仪。其分析方法也被大多数业 内人 士认 可 ， 分析方法 比较成熟 ， 作简单 ， 其 操 大多数多 通道声发射仪都是这类仪器 。 参数声发射仪 ， 是指在 信号处理通道的电路 中， 借助模拟或者数字 电路 ， 将 声发射信号直接处理成一定意义的参数数据 ，然后 再 送 到计 算 机 进 行 显 示 、 析 、 理 和保 存 的仪 器 。 分 处 这 种 仪 器 一 般需 要设 置 门槛 、 Ｄ ， 的需 要 设 置增 Ｈ Ｔ有 益、Ｄ 、 Ｌ 等 。由于参数数据的数据量少 ， ＰＴＨ Ｔ 所以对 声发射信号 的实时响应能力强、 数据流量小 、 对计算 机 的显示 、 分析 、 数据储存等能力 的要求低 ， 一般计 算 机 均 可 满 足要求 ， 无论 Ｐ Ｉ 线 、Ｓ Ｃ总 ＩＡ总 线 等均 可 ， 同时 ， 参数式仪器丢失信号的几率相对低 。由于电路 直 接 生成 参 数 数据 ， 法传 递 波形 ， 以丧失 了更 多 无 所 的有效信息 ， 但就一般检测工程而言 ， 参数采集可 以 满 足大 多数 应 用 ，而如 果 进行 声 发 射信 号 分 析 和 应 用研 究 ， 则参 数式 仪 器有 一定 的局 限性 。 （） ２ 直接 波形 式声 发射 仪 直接波形式声发射仪 ， 是指将声发射信号进行 Ａ／ Ｄ转换 ， 然后将此波形数据直接传递到计算机 ， 由计算 机再进行参数提取、 显示、 分析、 数据储存等工作。 在满 足实时性的前提下 ， 其无疑是最为理想的仪器 。因为， 用一般的采集卡即可满足其作业需要 ，而且其价格非 常低 廉 。但 是 ， 目前 电子 设计技术 和计 算机 技术下 ， 在 少 数通道 的直接波形 采集 和分 析是 可 以满 足实时性 要 求的； 但是 当通道数多、 Ｄ Ａ Ｃ的转换频率高、 分析功能 复杂时， 其实时性难 以得到保证， 势必存在丢失部分信 号的可能， 所以在选择时需要引起重视。 为了达到较高 的数据传输速度、 快速的分析和计算时间 ， 一般直接波 形式声发射仪需要很高的计算机配置。 以 目前大多 数计算机 支持 的 ３ ２位 、３Ｍ Ｓ的 ３ Ｐ Ｐ Ｉ总 线 为 例 ， 数 据 传 递 的 最 大 理 论 速 度 为 Ｃ 其 １２ Ｂｓ实际受计算机 系统设计水平 、 ３ ／， Ｍ 计算机操作 系 统 采用 非 实 时性 操 作 系 统 、采 集 软 件 驱 动设 计 水 平 、系统其它软件引入 的延时等 的影响 ，一般达到
声发射信号分析技术
声发射信号分析技术
声发射信号分析技术
AE技术的目的是获得有关AE 源的信息，进而获取同材料或结构故障相关的信息。
因此，AE信号分析处理方法的研究是获取AE 源信息的关键问题之一，也是AE 技术的主要发展方向。
特征参数分析技术
特征参数分析法是基于谐振式AE 传感器输出信号的参数来获取有关AE 源信息的方法。
目前在AE 检测中仍得到广泛应用。
简化的波形特征参数包括振铃计数、能量、幅度、上升时间和持续时间5 个参数。
对于连续型AE 信号，只有振铃计数和能量参数可以适用，为了更确切地描述连续型AE 信号的特征，又引入了平均信号电平和有效值电压两个参数。
参数分析方法的最大缺点是有关AE 源本质
的信息往往被谐振式传感器自身的特点所掩盖或模糊掉，因为由这种谐振式传感器所获得的AE 信号基本是一衰减的正弦波，由这样的波形得到的各种参数与真正的物理量(位移、速度、加速度等)之间缺少必然的联系，AE 信号的这种外在相似性必然给源机制的识别和信号的处理带来困难。
其次，AE 信号是突发性瞬态信号，并具有非稳态随机信号的特征，参数分析的结果往往随所用传感器谐振频率和测试系统(放大倍数、阈值的不同)而变化，因此，实验结果的重复性还很差。
此外，传统的参数分析方法认为AE 信号是以某一固定速度传播的假设，与实际情况有很大出人，它必然会带来定位误差。
这些缺点都是参数分析方法所无法克服的，在很大程度上制约了AE 技术的。
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决 方 法 。 现 场 测 试 表 明 ， 该 系统 满 足 检 测 的 定 量 、定 位 要 求 ， 并 通 过 波 形 信 号 分 析 达 到 声 发 源 的 定 性 识 别 。 关 键 词 ：声 发 射 检 测 ；高 速 数 据 采 集 ；信 号 分 析
Ａ ｔ ｄ ｆ Ｍ ｕｌｉ ｃ ｎｎｅ ｎ ａ ｅ ｏ ｍ ｙ ｔ ｍ ｏ ｏ ｓ ｉ Ｓｕ ｙ０ ｔ — ｈａ ｌａ ｄ Ｗ ｖ ｆ ｒ Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ Ａｃ ｕ ｔｃ Ｅｍ ｉ ｓｏ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｔｅ ｔ
ａ ｄ ｓ ｆｗ ａ ｅ ａ ｅｉ ｒ ｄｕｃ ｄ． Ｔｈｅｅ ｅ ｉ ｅ ｔｓ ｗｓ ｔ ａｔｔ ｓｓ ｓｅ ｍ ｅ ｔ ｅ ｕ ｒ ｍ ｅ ｔ ｕａ ｔｔ ｔｖ ｎ ｏｃ ｉ ｇ ａ ｌｓｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｒ ｎｔｏ ｅ ｘｐ ｒｍ ｎ ｈｏ ｈ ｈｉ ｙ ｔ ｍ ｅｓ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓｏｆｑ ｎ ｉａ ｉｅ ａ ｄ ｌ ａｔｎ ｎａｙ ｉ．Ｗ ｅ ｃ ｎ ｒ ｃ ｇｎｚ ｈｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓｏ ｈｅ Ａ Ｅ ｍ ｕ ｃ ｔ ｈ ａ ｅｏｒ ａ ｌｓｓ ａ ｅ ｏ ｉｅ ｔ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ｒ ｅ ｗｉｈ ｔ ｅ ｗ ｖ ｆ ｍ ｎａｙ ｉ． Ｋｅ ｒ ｓ： ａ ｏｕ ｔｃ ｅ ｉｓｏｎ ｔｓ ；ｈｉ —ｓ ｅ ａ ａ ａ ｑ ｓｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ｃ ｓ ｉ ｍ ｓｉ ｅ ｔ ｇｈ ｐｅ ｄ ｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ｎ； ｓｇ ｌａ ｌｓｓ ｉ ｎａ ｎａｙ ｉ
行 定位 、定量 、 定性 分 析 ，必须研制 能大 吞 吐量获取 Ａ Ｅ 波形 数据 、灵活布 置传 感器进 行源 定位 的 多通道 全波 形 声发射 标 准 实 时 检 测 系 统 ，这 对 声发 射 检 测 技 术 研 究 以及工程 应 用来说 都有 着重要 的意 义和 现实价值 。
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计 算 机 测 量 与 控 制 ． ０ ２． （ ） ２ ０ １ ６ ０
Ｃｏ ｕｅ Ｍ ｅｓ ｒｍｅ ｔ ＆ Ｃ ｎｒ ｌ ｍｐ ｔｒ ａｕ ｅ ｎ ｏ ｔｏ ・ ３５ ・ ５
文章 编号 ：６ １ ５ ８ ２ ０ ）６—０ ５ １ ７ —４ ９ （０ ２ ０ ３ ５—０ ３
ｌ 引 言
当材 料受 外力 或 内力 作 用 产 生 变 形 或 断 裂， 以弹 性 波 形 式 释 放 出 应 力 应 变 能 的 现 象 称 为 声 发 射 （Ｅ Ａ —— ａｏ ｓｃｅ ｓｏ ） ｃｕｔ ｍｉｉ 。声 发射是 一种 常 见的物 理现 ｉ ｓｎ 象 ， 大 多数 金属 材料 塑性变 形 和 断 裂 时有 声发 射 发生 ，
中图分类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２４
文献标 识码 ： Ａ
多 通 道 全 波 形 声 发 射 检 测 系 统 的 研 究
李 光 海 胡 兵 ２ 刘 时 风２ ， ， ，刘 正 义
（ ．华 南 理 工 大 学 机 电工 程 系 ， 广 东 广 州 ５ ０ ４ ；２ １ １ ６ １ ．清 华 大 学 机 械 工 程 系 ，北 京 １０ ８ ） ０ ０ ４ 摘 要 ：文 章 提 出 了 多 通 道 全 波 形 声 发 射 检 测 系 统 的 构 建 方 法 ， 重 点 描 述 ＿系 统 软 、 硬 件 设 计 中 的 关 键 问题 及 其 解 ｒ
２ 系 统 的 硬 件 构 成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
但 许 多金 属 材 料 的 声发 射 信 号 强 度 很 弱 ，需 要 甜 ｌ 灵 Ｊ Ｊ Ｊ 声发 射 检 测 系 统 的 硬 件 主 要 由传 感 器 、前置 放 大 敏的 电子 仪 器 才 能 检 测 出 来 。 用仪 器 检 测 、记 录 、分 器 、 主放 大器 和 主处理 机等 构成 。声发 射检 测一般 要求 析声发 射信号 和 利 用 声发 射 信 号 推 断 声 发 射 源 的 技 术 多通道 同步采 集，并利 用信号 到达 各通道 的 时间差进 行 称 为声发 射 技 术 。声 发 射 技 术 从 研 究 的 范 围 来 看 ， 已 声发射 源 的 定 位 。声 发 射 检 测 系统 硬 件 构成 的 关 键 问 从最初 的 压 力 容 器 、金 属 疲 劳 和 断 裂 力学 应 用， 发 展 题是 ：（ ） １ 高速 采集 卡的选 择 ； ２ 采 集卡 的同步触 发 。 （） 到 目前 的航 空 、航天 、铁 路运 输 、工业 制 造 过 程检 测 、 ２ １ 数 据 采集 卡 的选 择 ．