声发射检测仪器系统
声发射检测技术的原理及应用
鄣
ρ 鄣
鄣 鄣 鄣 鄣
鄣2η
2
鄣t
=（λ+μ）鄣鄣Y
+μ
2η
鄣
鄣 鄣
2
鄣 ζ 鄣
ρ 鄣
2
鄣 鄣
鄣t
=（λ+μ）鄣鄣Z
+μ
2ζ
（1） （2） （3）
图 ４ 声发射检测基本原理示意图
图 ５ 典型裂纹声发射频谱图
式中：Δ=εxx+εyy+εzz
2
=
鄣 鄣X2
+
鄣 鄣Y2
+
鄣 鄣Z2
（4） （5）
可以得出固体弹性介质中两种不同类型波的波动方程。首
声发射检测技术是一种动态无损检测方法，它可以对检测 对象进行实时监测，且检测灵敏度高。此外，几乎所有材料都具 有声发射特性，所以声发射检测不受材料限制，且不受检测对 象的尺寸、几何形状、工作环境等因素的影响。
述声发射信号的大小可判断是否有裂纹产生、是否有泄漏，并 获知泄漏程度。
（2）旋转和往复运动机械。特别是高速旋转机械，由于运 行过程中不平衡、不对中、热弯曲等，会发生转子碰磨，此时金 属内部晶格将发生滑移或重新排列，这个过程中能量的变化以 弹性波的形式释放出来，即产生了声发射信号。 3.2 声发射信号的处理
图 ３ 检测系统构成示意图
50
在预期产生缺陷的部位放置声发射传感器ae源产生声发射信号通过耦合界面传到ae传感器ae传感器采集包含ae源的状态信息的ae信号通过放大滤波器等对采集的ae信号进行放大滤波转换等处理并将转换后的ae信号传输到信号采集处理系统对采集的信号进行比对及特征分析通过外端显示设备输出
2010 年 3 月 第 3 期（总第 136 期）
多通道全波形声发射检测系统的研究
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
桥梁结构声发射检测及监测方案
桥梁结构声发射检测及监控方案兰川，刘时风，董屹彪（北京声华兴业科技有限公司）摘要：声发射技术以其独有的技术特点，为桥梁定期检测及长期在线监控提供了一种新的方法。
本文分析了混凝土桥，钢架桥，悬索桥及斜拉桥各自的材料及结构特点，提出了针对不同桥梁利用声发射技术进行定期检测及进行长期在线监控的方案。
关键字：声发射，桥梁结构，检测方案，监控方案0. 前言桥梁是用于跨越障碍物（如河流、海峡、山谷、道路等）而使道路保持连续的人工构造物，俗称道路咽喉。
随着我国经济的快速发展，作为陆上交通运输的咽喉，桥梁的建设也进入了高速发展期。
截止目前，我国大约有公路桥32万余座，铁路桥5万余座，如果再算上城市桥，管道桥及水利桥，我国现有桥梁数已超过40万座。
我国已成为世界桥梁大国。
桥梁往往是一个城市，一个国家的象征，她不仅承载着巨大的经济意义，更承载了巨大的政治意义及战略意义。
其安全性不仅关乎经济发展，更关乎国家安全。
然而与巨大的桥梁保有数量及在建数量形成鲜明对比的是，近年来我国桥梁事故的频发。
据不完全统计2007年至2012年间，全国共有37座桥梁垮塌，致使182人丧生，177人受伤。
如，2011年7月，北京怀柔区白河大桥被超载大货车压塌；2011年7月，福建武夷山公馆大桥北端发生垮塌事故，一辆旅游大巴车坠入桥下，造成1人死亡22人受伤；2010年1月，昆明新机场在建大桥发生坍塌致7人死亡、34人受伤；2007年8月，湖南凤凰县沱江大桥发生垮塌，事故造成64人死亡、22人受伤。
就在2013年2月，河南省义昌大桥发生了因运输烟花爆竹车辆爆炸致13人死亡的重大垮塌事故。
这些桥梁事故的原因是多种多样的，大多数报道将矛头指向了车辆超载、洪水暴雨、年久失修、日常管护不到位等方面，但是桥梁自身的质量缺陷却是不容忽视的内因。
如何能够尽早的发现桥梁的安全隐患成为了保障桥梁安全运行的重要手段。
1. 声发射技术简介1.1 声发射基本原理材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射（Acoustic Emission，简称AE），有时也称为应力波发射。
MADSEN Capella 耳声发射测试仪 用户指南说明书
MADSEN Capella和耳遂听(OTOsuite)耳声发射模块用户指南产品名称:耳声发射测试仪产品型号: MADSEN Capella注册证编号/技术要求编号：国械注进20172217123生产日期：见英文标签 使用期限：5年注册人/生产企业名称:内特斯医疗丹麦有限公司Natus Medical Denmark ApS 注册人住所/生产地址：Hoerskaetten9,2630Taastrup, 丹麦注册人/生产企业地址联系方式：+4545755555代理人/售后服务单位名称：尔听美医疗器械(上海)有限公司代理人/售后服务单位住所：上海市钦州北路1001号12幢903-905室代理人/售后服务单位联系方式：总机：021-********/热线：4006902358文件编号7-50-1450-CN/08产品编号7-50-14500-CN版权声明未经Natus Medical Denmark ApS事先书面许可，不得复制本文档或程序的任何部分或将其存储于检索系统中，或通过任何形式或手段以电子、机械、复印、录制或其他方式进行传播。
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版本发布日期2019/10/22技术支持请和供应商联系。
目录1设备说明42目标用途43排版说明44589915192020222223244 开箱5 装配 Capella 6 准备测试7 使用 Capella 测试耳声发射8 测试畸变产物耳声发射9 测试瞬态耳声发射和自发性耳声发射10 维修、清洁和维护11 其他参考文献12 技术规格 - MADSEN Capella 13 制造商14 制造商责任15 警告事项16 有关 EMC (电磁兼容性) 的注意事项17 符号定义26用户指南用户指南1设备说明MADSEN Capella是一款便携式耳声发射(OAE)设备。
声发射技术在压力容器检验中的应用探讨
声发射技术在压力容器检验中的应用探讨摘要：现代工业向着更好的方向发展和前进，压力容器在其中扮演着重要“角色”，但是如果压力容器出现介质泄漏问题，那么极有可能会影响工作人员的生命安全，更是会对自然环境带来非常严重的影响与污染。
工作人员需要针对压力容器的质量检验加强关注与重视，将声发射技术加入压力容器检验过程中。
此项技术在提高检验水平和效率等多个方面起到了重要的作用，也是相关工作人员最得力的“助手”，保证压力容器在应用的过程中可以更加安全，满足现代工艺生产过程中所提出的要求。
基于此，本文主要对声发射技术在压力容器检验中的应用展开了深入的探讨。
关键词：声发射技术；压力容器检验；应用1声发射技术的概念声发射技术是一种无损检测方法，用于评估材料或结构中的缺陷、裂纹或应力等问题。
该技术利用材料内部的声波信号的特征，并通过检测和分析这些声波信号的传播和反射情况来判断材料的健康状况。
在声发射技术中，一个或多个传感器被放置在材料的表面或内部。
当材料受到应力或加载时，如果存在缺陷、裂纹或其他问题，这些问题会导致能量的积累和释放，产生声波信号。
传感器会记录这些声波信号，并将其转换为电信号进行进一步分析和处理。
通过分析声发射信号的幅值、频率、时域和频域特征，声发射技术可以确定缺陷的类型、位置、尺寸和严重程度。
这对于评估结构的完整性、监测材料的疲劳和性能退化等方面非常有用。
通过对声发射技术进行仔细的分析，发现其自身包括的较多的优势。
（1）声发射技术归属于动态检测技术范围内，主要汇集测试设备所发出来的能量信号。
（2）敏感性高是它最具代表性的优势之一。
可以全面探测外加应力的缺陷设备存在问题，通过一次测量就可以得到最终的结果，并且保证最终的结果更加真实与准确。
（3）检测结果不易受到外界接触所带来的影响，即使将此项技术加入恶劣环境检测过程中，也能够呈现出更好的效果，而且还可以降低检测中恶劣环境对检测工作人员身体所带来的伤害。
（4）针对压力容器进行检测，无须设备停止工作，设备在正常的运行状态下即可接受检验，而且最终的检测结果准确性高。
声发射实验原理和仪器介绍(全文)
声发射实验原理和仪器介绍1、实验原理固体介质中传播的声发射信号含有声发射源的特征信息，要利用这些信息反映材料特性或缺陷进展状态，就要在固体表面接收这种声发射信号。
接收、处理、分析和显示声发射信号便是对声发射信号的处理过程。
固体材料内部缺陷的发生和扩展，以弹性波的形式释放能量，并向四周传播，缺陷便成为声发射源。
为了在固体材料表面某一范围测量出缺陷的位置，可以将几个压电换能器按一定的几何关系放置在固定点上，组成换能器阵（或称阵列），测定声源发射的声波传播到各个换能器的相对时差。
将这些相对时差代入满足该阵几何关系的一组方程求解，便可以得到缺陷的位置坐标。
在实际操作中，通常有以下几种定位方法：1）直线定位法。
2）归一化正方阵定位法。
3）平面正方形定位法。
4）平面正三角形定位法。
5）任意平面三角形定位法。
6）球面三角形定位法。
7）区域定位法。
在实际操作中，我们常常采纳直线定位法。
下面我们将简单介绍直线定位法。
直线定位法就是在一唯空间中确定声发射源的位置坐标，亦称线定法。
线定位是声源定位中最简单的方法，多用于焊缝缺陷和裂纹的定位。
在一唯空间放置两个换能器，它们所确定的源位置必须在两个换能器的连接直线或弧线上。
如下图1所示，取坐标原点为两换能器之间连接直线的中点，取12的方向为正方向。
如换能器1首先接收到声发射信号，时差计数器所计的数值取负号；反之，换能器2首先接收到声发射信号，时差计数值取正号。
2、实验仪器介绍声发射信号是前沿时间只有几十到几百毫微秒、重复频率高的瞬变随机波信号。
局部瞬变产生的声发射波在试样表面的垂直位移约为10-7～～10-14米，频率分布在次声到超声频率范围（几千赫兹到几十赫兹）。
目前的声发射仪器大体上可分为两个基本类型，即单通道声发射检测仪和多通道声发射源定位和分析系统。
单通道声发射检测仪一般采纳一体结构，也可以采纳组件组合结构。
它由换能器、前置放大器、衰减器、主放大器、门槛电路、声发射率计数器、总数计数器以及数模转换器组成。
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
声发射检测
4. 电缆中的噪音问题 电子设备中噪声有从信号电缆和电源电缆上产生的传导噪声和 空间辐射的辐射噪声两大类。这两大类中又分为共模噪声和差 模噪声两种。 差模传导噪声是电子设备内噪声电压产生的与电源电流或信号 电流相同路径的噪声电流。减小这种噪声的方法是在电源线和 信号线上串联电感（差模扼流圈）、并联电容或用电感和电容 组成低通滤波器，减小高频的噪声。
一、信号电缆
从前置放大器到声发射检测仪主体，往往需要很长的信号传 输线和前置放大器的供电电缆； 在前置放大器和主放大器也需要进行信号传输，通常需要采 用信号电缆实现。 信号电缆包括同轴电缆、双绞电缆和光导纤维电缆。
1.同轴电缆 广泛使用的同轴电缆有两种： 50Ω(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比) 同轴电缆，用 于数字信号的传输，即基带同轴电缆； 75Ω同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。 同轴电缆以单根铜导线为内芯，外裹一层绝缘材料，外覆密集
对试件开始加载时，有声发射产生。卸去载荷后再进行第二 次加载时，在载荷没有超过第一次加载的最大载荷时没有声 发射信号出现，只有当第二次加载 的载荷超过第一次的最大载荷值 时，才开始产生声发射信号，这一 现象称为声发射的不可逆效应。 这是由材料的变形和裂纹扩展的 不可逆性决定的。
凯赛尔效应在声发射技术中的重要用途：
一、探测处理转换过程—压电效应等
固体介质中传播的声发射信号含有声发射源的特征信息，要利 用这些信息反映材料特性或缺陷发展状态，就要在固体表面接 收这种声发射信号。 声发射信号是瞬变随机波信号，垂直位移极小约为10-7~10-14米， 频率在次声到超声频率范围（几赫兹到几十兆赫兹）。这就要 求声发射检测仪器具有高响应速度、高灵敏度、高增益、宽动 态范围、强阻塞恢复能力和频率检测窗口可以选择等性能。 在声发射检测过程中，检测到的信号是经过多次反射和波形变 换的复杂信号。声发射信号由传感器接收并转换成电信号。
oae耳声发射检测仪工作原理
oae耳声发射检测仪工作原理OAE耳声发射检测仪是一种用于评估和监测人耳内部功能的仪器。
它通过测量耳朵中发出的声音来检测听力损失和其他听觉问题。
该仪器的工作原理基于OAE（Otoacoustic Emissions）现象，即耳朵在受到刺激后会发出一种特定的声音。
OAE是一种生理性的声音，由耳蜗内的外毛细胞发出。
当外界声音通过耳朵传入耳蜗时，外毛细胞会对这些声音进行增强和调整，产生OAE声音。
这些OAE声音可以通过微型耳机或耳塞传回到耳朵外部，并被OAE耳声发射检测仪捕捉和分析。
OAE耳声发射检测仪由以下几个主要部分组成：声音发生器、耳塞、微型耳机、声音传感器、放大器和分析仪。
首先，声音发生器会向耳朵中发送一系列特定频率和强度的声音刺激。
这些声音通过微型耳机或耳塞传入耳朵，激发耳蜗内的外毛细胞。
外毛细胞在受到刺激后会反射性地发出OAE声音。
这些声音会通过声音传感器捕捉到，并被放大器放大。
接下来，分析仪会对这些被放大的声音进行分析和处理，以确定是否存在听力损失或其他听觉问题。
OAE耳声发射检测仪的工作原理是基于OAE声音的检测和分析。
通过测量耳蜗内发出的OAE声音的频率、强度和响应时间等参数，可以评估外毛细胞的功能和听力系统的状态。
如果外毛细胞功能正常，那么OAE声音应该能够被捕捉到并显示出正常的频率、强度和响应时间。
如果存在听力损失或其他听觉问题，那么OAE声音可能会显示异常的频率、强度或响应时间。
OAE耳声发射检测仪广泛应用于婴幼儿听力筛查、听力损失评估、耳聋筛查和听力监测等领域。
它的非侵入性和快速测量的特点使得它成为一种非常方便和有效的听力检测工具。
通过使用OAE耳声发射检测仪，医生和听力学专家可以及早发现和诊断听力问题，并采取适当的干预和治疗措施。
OAE耳声发射检测仪是一种基于OAE现象工作的仪器，通过测量耳蜗内发出的OAE声音来评估和监测人耳内部功能。
它的工作原理简单明了，通过发送声音刺激并捕捉和分析耳蜗内发出的OAE声音，可以获得有关听力状态和外毛细胞功能的重要信息。
无损检测声发射标准介绍
时差定位
根据事件数 和信号幅度
≥5事件 第一个撞击
≥43dB 一次加压循
环
≤1mm深
ISO/FDIS 16148
本标准
气瓶
金属压力容 器及管道
时差定位 ， 时差定位区
MAE
域定位
根据事件数
根据源的强 度和活度
≥5事件
一次加压循 环
无
根据强度和 活度级别确 定综合级别
二次加压循 环
本标准、其它 标准规范或采
时间或压力随事件数的变化趋势 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00
5.00 0.00
10:0100:1100:2100:3100:4100:5101:0101:1101:2101:30 时间
第一部分：标准的理解
注意点： a.声发射事件数间断出现时，可能出现强活性；连
PT
FH2
PT0
F1
P
FH1
F0 准备
第一次加压循环
SH1 S0
第二次加压循环
PT——耐压试验压力; PT0——PT－0.05Mpa ; P——设计压力或最高工作压力; F0——第一次加压循环第一升压阶段; FH1——第一次加压循环第一保压台阶; F1——第一次加压循环第二升压阶段; FH2——第一次加压循环第二保压台阶; S0——第二次加压循环第一升压阶段; SH1——第二次加压循环第二保压台阶。
第一部分：标准的理解
小结：活度等级划分表
第一次 第一次 第二次 第二次 活度 升压（1）保压（2）升压（3）保压（4） 等级
快速增加（1） 或（2）
连续增加（1） 或（2）
连续增加（1）或（2）+间 断出现（3）或（4）
声发射检测原理1
5、检测仪器的选择与校准
（1）检测仪器的选择 在进行声发射试验或检测前，需要被检测对象 和检测目的来选择检测仪器，主要考虑因素如下： 被检测的材料：声发射信号的频域、幅度等特性随 材料类型有很大不同，对不同材料需考虑不同的工 作频率。 被检测的对象：被检测对象的大小和形状、声发射 源出现的部位和特征的不同，决定选用检测仪器的 通道数量。
声发射检测原理如下图所示，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 动转化为电信号，然后在被放大、处理和记录，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 。
AE System
声发射源 （1）晶体材料包括金属的塑性变形、断裂、相变、 磁效应；岩石、陶瓷等非金属主要为微裂纹开裂和宏 观开裂。 （2）复合材料的声发射源包括基体开裂、纤维和基 体脱开、纤维拔出、纤维断裂和纤维松弛等。 （3）在声发射检测过程还可能遇到其他声源如流体 介质的泄露、氧化物和氧化层的开裂、摩擦源、液化 和固化、原件松动和间歇接触等。
PCI-8卡的主要特性
（1）每块板卡上有8个通道，具有同时进行特征参 数的提取和波形处理的能力； （2）PCI总线提供声发射数据与PC机的传输速度可 达132MB/S； （3）4个高通、4个低通滤波器可供选择，可组成13 个滤波段； （4）8个16位的A/D转换器； （5）每块板卡上有两个外参数输入通道，更新速度 可达到10K/S （6）1-400LKHZ的带宽
3、信号电缆
从前置放大器到声发射检测仪主体，往往需要 很长的信号传输线，通常采用信号电缆实现信号传 输。信号电缆包括同轴电缆、双绞电缆和光导纤维 电缆。 同轴电缆一般应用不超过100米；光导纤维电缆 一般用于传输距离大于100米的声发射应用；双绞 电缆用于前端数字化的声发射系统。
现代无损检测技术第7章：声发射检测技术
一.声发射声发射检测技术的发展及其现状人们知道声发射现象已经有几个世纪的历史，把声发射作为一门技术进行研究和开发是从上世纪50年代开始的。
声发射技术的发展大致可以分为三个阶段：探索研究阶段世纪50年代初德国的凯塞尔（Kaiser）用普通的可听声拾音器测量了五、六种材料在抗拉强度试验时的声发射，提出了畴界滑移产生声发射的机理。
他的重大发现之一是观察到声发射现象的不可逆效应，即尔（Kaiser）”效应。
“Kaiser效应”表明：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会产生声发射信号。
Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。
由于采用的拾音器在可听声频率范围内，无法排除环境噪声的干扰。
快速加载用弹簧－质量块模型比拟声发射事件的发生过程a. 原始状态b. 新的平衡状态一.声发射产生的条件快速加载则该状态下弹簧系统贮能为：241kxU =若弹簧2突然减弱，它的刚度降低到，弹簧1的刚度不变，则系统组合刚度为：kk δ−()kk k k k δδ−−=222受到的拉力减小了，两个弹簧的平均拉力变为：p δ二.声发射产生机理1.位错运动与塑性变形刃型位错的结构由图可以看到：位错使周围的原子排列发生畸变，在外切应力的作用下，刃型位错沿滑移面运动。
二.声发射产生机理2.裂纹的形成与扩展裂纹的形成和扩展是一种主要的声发射源，它与材料的塑性变形有关。
一旦裂纹形成，材料局部应力集中得到卸载而产生声发射。
材料的断裂过程可以分为三个阶段：a. 裂纹形成；b. 裂纹扩展；c. 最终断裂。
干涉呈现复杂的模式。
半无限大物体内声发射波的传播三.声发射的传播循轨波的传播传播引起的波形分离 a.原始波形b传播760mm后的波形一.声发射信号的特征参数1.波击（Hit）和波击计数（Hits）波击：某一通道检测到的瞬态声发射信号，由通过门槛的包络线所形成的信号就是一个波击。
波击计数：系统对波击的累计计数，可分为总计数和计数率。
声发射监测分析系统的研究与实现
关键 词
焊接裂纹
声 发射
监 测
材 料受 外力 或 内力 作 用 产 生 变 形 或 断 裂 ， 以瞬
采 样 间隔 △ ， 是 一个 十分 重 要 的 问题 。从 直 觉 上 就 看， △当然 越小 越 好 ， △越 小 ， 相 同样 本 长 度 Ｔ 但 在
态 弹性 波 的形式 释放 出应力 应 变能 的现 象称 为声 发
金 材料 焊接 裂纹 监 测分 析 的声 发射 监 测 系 统 ， 利 并
的均 匀 间隔上 的采样 值 唯一确 定 。即 ：
１
ｆ￣ ｆ或△≤寿 ｓ ２ｃ ＞
Ｉ
（） １
用该 系 统对 不 同材 质 和不 同焊接 工艺 条 件下 的焊 接
接 头 的 Ａ 信 号 进 行 了采 集 、 示 和 分 析 ， 步 发 Ｅ 显 初
射 （ ｃｕｔ ｍｓｉ ， Ａ ｏ ｓｃ ｉ ｏ 简称 Ａ ¨ 。也 称 为应 力波 发 ｉＥ ｓ ｎ Ｅ） 射 。运用 仪 器检 测 、 录 、 析声 发射 信 号和 利用 声 记 分 发射 信 号对声 发 射 源进 行 定 量 、 性 和 定 位 的技 术 定 叫声 发射 检测 技术 。声 发射 检测 技术 是一 种 新兴 的
发 生频 混 现象 ， 样 过 程 应满 足 采样 定 理 。一 般 的 采
．
离散采样把连续信号 ｘ ｔ（ ≤ｔ ） （） ０ ≤Ｔ 变为离散
序 列 ｘ １ （ ： ， ， …Ｎ一１ 。那 么 ， 何 选 择 （ △） １ ０ １２， ３ ３ ） 如
Ｓ ． ９
维普资讯
图 １ Ａ Ｄ 转换 过 程 ／
集卡分 辨 率 为 １ ４位 ， 采集 信 号可能 出现 最大值 为 设
声发射检测仪器的设置和校准.
声发射检测仪器的设置和校准
声发射检测仪器的设置和校准
6.2.1 校准信号的产生技术
声发射检测系统的校准包括在试验室内对仪器硬件系统灵敏度和一致性的校准与在现场对已安装好器调试和参数设置
(1) 检测门槛设置：检测系统的灵敏度，即对小信号的检测能力，决定于传感器的灵敏度、传感器间距和检测门槛设置。
其中，门槛设置为其主要的可控制因素。
检测门槛，多用dBae来表示。
检测门槛越低，测得信息越多，但易受噪声的干扰，因此，在灵敏度和噪声干扰之间应作折衷选择。
多数检测是在门槛为35～55dB的中灵敏度下进行，最为常用门槛值为40dB。
不同的门槛设置与适用范围见表6.2。
常用金属压力容器检测的门槛一般为40 dB，但长管拖车的检测门槛为32 dB，纤维增强复合材料压力容器的检测门槛一般为48 dB。
表6.2 门榄设置与适用范围
门槛（dBae）适用范围
25－35 高灵敏度检测，多用于低幅度信号或高衰减材料或基础研究
35－55 中灵敏度检测，广泛用于材料研究和构件无损检测
55－65 低灵敏度检测，多用于高幅度信号或强噪声环境下的检测
(2) 系统增益设置：增益是仪器主放大器对声发射波形信号放大倍数的设置，一些20世纪70年代生产的老的声发射系统通常有分开的可变增益（dB）和门槛电压（伏特），在某些系统中，增益或门槛中的一个可能被固定，通过提高增益dB或降低门槛电压能获得较高的灵敏度。
20世纪80年代以后生产的仪器，均采用。
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第4章声发射检测仪器系统4.1 声发射仪器的功能和种类声发射检测原理如图 4.1，就是采用声发射仪器接收采集来自声发射源的声波信号即声发射信号，并对声发射信号进行分析显示达到检测出声发射源的目的。
声发射源可以是裂纹开裂声信号/机械故障声信号/泄漏声信号等检测对象。
图4.1-1 声发射检测原理图4.1中传感器的作用是转变接收到的声发射的声信号成为声发射的电信号。
目前市场上和文献报道的声发射传感器绝大多数都是压电敏感材料的传感器，型号及对应的灵敏度频率特性还有尺寸是否防水等种类繁多。
与传感器连接的放大器通常也称作前置放大器，其作用是将传感器输出的微弱驱动能力的声发射电信号放大或驱动能力提高成为能被数据采集系统接收的声发射电信号。
根据图4.1中数据采集处理系统的形式需要，前置放大器可以有内置于数据采集系统如无线信号采集模块/手持信号采集声发射系统等和外置于数据采集系统两种形式。
图4.1中的记录与显示系统通常就是个人计算机，包括笔记本电脑和台式机。
图4.1中的数据采集处理系统是变化发展较快，也是决定声发射仪器主要功能性能的部分。
声发射仪器也主要按声发射仪器中的数据采集处理系统的结构和内容来进行分类。
按数据采集系统类型来分类声发射仪器主要有如下几种分类：1.有线还是无线声发射仪（数据采集系统）；2.单通道还是多通道声发射仪（数据采集系统，多通道通常8通道以上。
）；3.数字声发射仪器还是全波形声发射仪器，即声发射参数是数据采集系统硬件产生还是软件产生；4.专用还是通用声发射仪器，即专用于某个应用还是各领域都能通用的声发射仪器。
无线声发射仪器目前市场数量很小，其主要原因还是单位时间获得数据的数量/时差测量等技术指标不能达到大多数应用要求。
大多数无线声发射仪器还在试验研发试用阶段，但由于其显而易见的不用拖拽长电缆无线优势以及无线数据采集技术的改进有可能不久的将来出现能满足大多数应用要求的无线声发射仪器而迅速成为主要的声发射仪器。
单通道声发射仪器技术上基本从属于多通道声发射仪器，特点是便携，电池供电，经常成为用于阀门泄漏等专用应用的专用声发射仪器。
数字声发射仪器还是全波形声发射仪器，即声发射参数是数据采集系统硬件产生还是软件产生。
硬件产生与软件产生声发射参数有何不同？唯一的不同在于硬件产生声发射参数可以数千数万倍于软件产生声发射参数不丢失时间段的数据，即如假设某时间段有海量N个按时间段均匀分布的声发射信号，如硬件产生声发射参数会漏检5个声发射信号则软件产生声发射信号会漏检5千或5万个声发射信号。
之所以有如此大的差异是因为目前的普通计算机与数据采集外设系统的数据通过率不能满足声发射信号大数据量波形数据不丢失传输。
例如，最大采样速度为10M，采样精度16位，通道数8，则波形数据量为10M × 2 × 8=160MB/s，远远大于目前计算机与外设之间的理论数据通过率，USB2.0为60MB/s（480Mbps），PCI为132MB/s，因此会导致大量数据丢失。
实际数据通过率更是远小于理论数据通过率，各声发射仪器厂商宣称的为USB2.0为40MB/s，PCI为30MB/s，对上例情况10M16位8通道波形数据通过率仅为25%（USB2.0）和12.5%（PCI）。
但很多声发射应用要求不允许任一时间段的信号丢失，例如裂纹开裂瞬间信号丢失就是漏检等。
这也是为什么目前主要声发射仪器厂商都要在数据采集单元对大数据量波形数据进行连续实时信号处理提取转换成为小数据量的声发射参数数据后再传送到计算机，保证任何时间段信号不丢失或少丢失。
图4.1-2显示波形数据产生参数的原理和数据量减少的效果。
原理是将的数字波形信号转换成波形包络，再进而用幅度、持续时间、上升时间，到达时间等声发射参数来表述这个包络。
一个声发射信号（如铅笔芯折断信号）往往可以有10万个点数值的离散声发射数字波形数据（假设信号长度即图中持续时间为10ms，采样速度10MPS），转换成声发射参数（图中的幅度、上升时间等）可以只有10个点数值（1个包络，假设用10个声发射参数来表述这个包络），数据压缩1万倍。
目前市场上绝大多数声发射仪器都是数字声发射仪器。
上升时间图4.1-2 波形-包络-参数数字声发射仪由于需要实时硬件产生声发射参数，只能专门研发具有实时硬件信号复杂处理的专用数据采集系统，不能使用通用数据采集系统。
相对于通用数据采集系统，数字声发射仪的专用数据采集系统市场规模要小成百上千甚至多少万倍，而数字声发射仪的研发成本由于要增加研发实时硬件高速信号复杂处理内容要远高于通用数据采集系统，这些都导致数字声发射仪的专用数据采集系统的价格远高于通用数据采集系统。
全波形声发射仪是采用通用数据采集装置先传送波形数据到计算机，然后再由计算机软件产生声发射参数（幅度等）。
这种方式参数（幅度等）的产生要求大数据量的波形数据先送到计算机，显然会受计算机通讯能力瓶颈的限制，大量时段的数据会丢失，不适用数据量大通道数多情况。
由于全波形声发射仪可采用通用数据采集卡，价格低廉，是允许大量丢失数据，数据量小，通道数少的选择，也是部分高校等用户自搭建声发射系统的选择（采购通用数据采集系统价格低廉，自己编写满足需要的软件）。
4.2多通道数字声发射仪综上所述，目前声发射仪器的主流种类是有线/多通道/数字/通用声发射仪，简称数字声发射仪，估计占市场份额的90%，95%甚至更高的比例。
多通道数字声发射仪目前更是大型工程结构声发射检测如压力容器声发射检测的唯一选择，下面对多通道数字声发射仪进行进一步的介绍。
图4.2为多通道数字声发射仪的功能结构框图。
主要分为模拟信号调理、摸/数转换、数字信号处理、PC 电脑通讯、电源5个模块。
信号输入 前放模拟波形 模数转换前 模数转换后 输出的数字------第2通道 ------第3通道 ------图4.2 多通道数字声发射仪功能结构框图模拟信号调理电路功能是通过信号放大、缩小、阻抗变换、滤波使前置放大器输入的模拟信号调理成为模数转换电路能输入的信号。
例如前置放大器的输出是±10v ，阻抗50Ω，而模数转换的输入要求是0-2v ，1M Ω。
模拟信号调理电路对信号的测量精度和信噪比都有较大影响。
模数转换电路的功能是将连续的模拟声发射波形信号转换成为离散的数字声发射波形信号。
模数转换电路的采样速度、采样精度等参数决定声发射信号的测量失真度与精度。
数字信号处理是声发射数据采集系统与通用数据采集系统差异最大的部分，其功能是在大数据量的数字声发射波形信号基础上计算处理提取出小数据量的幅度、计数、持续时间等声发射参数，通常数据量的减少可达到数千数万倍。
例如一个5ms 时间长度的数字波形信号，如采样速度为10MPS ，采样精度为16位，则其数据量为1MB ，而对应提取成声发射参数的数据两小于100，即压缩了1万倍。
数字信号处理还可以提供数字滤波器、频谱分析、波形前后采样、门限触发等功能，极大地提高了声发射检测的能力。
PC 电脑通讯目前主要有两种，USB2.0和PCI 协议通讯。
2007年前PCI 接口曾独领风骚多年，几乎所有的多通道数字声发射仪都是PCI 通讯插槽结构。
自从2007年中国声华科技公司在美国的声发射会议上展出了世界第一台USB2.0通讯的多通道数字声发射系统，USB2.0多通道数字声发射仪因为有直接连接笔记本电脑的方便性，通讯速度等指标不逊色甚至超过台式计算机插槽PCI 通讯，正在成为多通道数字声发射仪的主要通讯接口。
1234567-14.3 多通道数字声发射仪的主要技术指标综上所述，多通道数字声发射仪器的实质就是计算机控制的数据采集系统，因此通用数据采集系统的主要技术指标也是多通道数字声发射仪的主要技术指标，即数据采集单元与计算机的通讯方式、数据通过率、最大采样速率、采样精度等。
声发射仪器不同于通用数据采集系统在于硬件实时声发射参数提取。
这是因为目前的普通计算机与数据采集外设系统的数据通过率不能满足声发射信号大数据量波形数据不丢失传输。
例如，采样速度为10M，采样精度16位，通道数8，则波形数据量为10M × 2 × 8=160MB/s，远远大于目前计算机与外设之间的理论数据通过率，USB2.0为60MB/s（480Mbps），PCI为132MB/s，因此会导致大量数据丢失。
实际数据通过率更是远小于理论数据通过率，各声发射仪器厂商宣称的为USB2.0为40MB/s，PCI为30MB/s，对上例情况10M16位8通道波形数据通过率仅为25%（USB2.0）和12.5%（PCI）。
但很多声发射应用要求不允许任一时间段的信号丢失，例如裂纹开裂瞬间信号丢失就是漏检等。
这也是为什么目前主要声发射仪器厂商都要在数据采集单元对大数据量波形数据进行连续实时信号处理提取转换成为小数据量的声发射参数数据后再传送到计算机，保证任何时间段信号不丢失或少丢失。
因此声发射仪器特有（不同于通用数据采集系统）的重要技术指标为实时连续声发射参数通过率和声发射参数分析显示。
综上，声发射仪主机的主要技术指标总结如下表：注1：最大采样速率与幅度峰值误差的关系标准正弦信号和不同采样率下的重构信号ΔA=1-cos(2πt/T )→ΔA=1-cos(πf/s) (1)ΔA 为测量幅度误差；T=1/f （T 被测信号的周期，f 为被测信号频率）；t=T/2n （t 为波形峰值偏离实际信号峰值的最大偏离时间），n=s/f （s 为最大采样率），那么t=1/2s以声发射检测的上限频率400KHz 为例，按上述（1）计算得到不同采样速度对应的信号幅度测量误差.上图第一个周期为10倍频率采样，4M 采样率下重构波形（蓝色），右侧周期为2M 采样率下的重构波形（红色），可以很明显看出理论最大误差的区别。
具体的计算如下表所示，当采样率5M 时，理论最大误差为0.3dB ，10M 采样率时为0.07dB ，如下表。
以400KHz ，10V 正弦信号为例:如按一般的信号采集电压精度不大于5%的要求（电压值）作为标准来看，从上表可得出采样率大于等于5MSPS 即可满足。
10MSPS 的误差是0.06876dB 已小于0.1dB,40MSPS 的误差是0.00429dB ，对于大多数测量0.1dB 误差和0.004dB 的误差已经没有实际意义。
考虑到采样率高会导致数据大量增加，丢失数据的可能性增加以及更高的采购价格等，对于400KHz 信号频率的科研应用选用10MSPS 采样率就能充分满足。
注2：实时数字滤波器有效提取有意义信号在很多应用场合是成功应用的关键。
特别是有意义信号淹没或混杂在各种频率幅度的噪声信号中。
配合实时FFT 功能的实时数字滤波器是有效提取有意义信号的有效工具之一。