声发射及其基本原理
声发射原理
声发射1.测试原理材料在受到外荷载作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。
1950年，德国人凯泽（J.Kaiser）发现多晶金属的应力从其历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，而当应力达到和超过历史最高水平后，则大量产生声发射，这一现象叫做凯泽效应。
从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯泽点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。
后来国外许多学者证实了在岩石压缩试验中也存在凯瑟效应，许多岩石如花岗岩、大理岩、石英岩、砂岩、安山岩、辉长岩、闪长岩、片麻岩、辉绿岩、灰岩、砾岩等也具有显著的凯泽效应，从而为应用这一技术测定岩体初始应力奠定了基础。
地壳内岩石在长期应力作用下达到稳定应变状态。
岩石达到稳定状态时的微裂结构与所受应力同时被“记忆”在岩石中。
如果把这部分岩石用钻孔法取出岩芯，即该岩芯被应力解除，此时岩芯中张开的裂隙将会闭合，但不会“愈合”。
由于声发射与岩石中裂隙生成有关，当该岩芯被再次加载并且岩芯内应力超过它原先在地壳内所受的应力时，岩芯内开始产生新的裂隙，并伴有大量声发射出现，于是可以根据岩芯所受载荷，确定出岩芯在地壳内所受的应力大小。
凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，测定凯瑟点，即可找出每个试件以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始（历史）三维应力状态。
2.测试步骤（1）试件制备从现场钻孔提取岩石试样，试样在原环境状态下的方向必须确定将试样加工成圆柱体试件，径高比为1：2～1：3。
为了确定测点三维应力状态，必须在该点的岩样中沿六个不同方向制备试件，假如该点局部坐标系为oxyz，则三个方向选为坐标轴方向，另三个方向选为oxy,oyz, ozx平面内的轴角平分线方向。
为了获得测试数据的统计规律，每个方向的试件为15～25块。
声发射技术的原理及其应用
声发射技术的原理及其应用1. 引言声发射技术是一种非破坏性检测方法，广泛应用于工程结构、材料以及地下管线等领域。
本文将介绍声发射技术的原理及其在各领域中的应用。
2. 声发射技术的原理声发射技术是通过检测材料或结构在负载下释放的声音信号来评估它们的状态和可靠性。
其原理可简述如下：•声发射源：当结构或材料发生变形或损伤时，会释放大量的弹性能量。
这些释放的能量以形式各异的声波传播出来，形成声发射信号。
声发射源可以是材料的微小裂纹、构件的变形或断裂等。
•传感器：声发射技术通常使用传感器来接收由声发射源发出的声波信号。
传感器可以是压电传感器、麦克风或加速度计等。
•数据采集：传感器将接收到的声波信号转换为电信号，并通过数据采集系统进行记录和处理。
采集到的数据可以用于进一步的分析和评估。
•分析和评估：通过对采集到的声发射信号进行分析和评估，可以确定结构或材料的状态、位置和类型等信息。
常用的分析方法包括时间域分析、频域分析和能量分析等。
3. 声发射技术的应用声发射技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍其中一些主要应用。
3.1 工程结构监测声发射技术可以用于工程结构的监测和评估，例如：•桥梁：声发射技术可用于检测桥梁中的裂缝、腐蚀和变形等问题，帮助工程师及时采取维修措施，确保桥梁的安全性。
•建筑物：声发射技术可用于监测建筑物中的结构损伤，例如裂缝、脱落和变形等，以保证建筑物的结构完整性。
•输电线路：声发射技术可以感知输电线路的杆塔和绝缘子的电弧放电，提前发现线路的故障和潜在故障。
3.2 材料缺陷检测声发射技术可以用于材料缺陷的检测和评估，例如：•金属材料：声发射技术可用于检测金属材料中的裂纹、腐蚀和疲劳等问题，对于工业生产中的质量控制和安全评估非常重要。
•复合材料：声发射技术可以检测复合材料中的纤维断裂、层间剥离和断裂等问题，用于评估材料的可靠性和耐久性。
3.3 地下管线检测声发射技术可以用于地下管线的检测和监测，例如：•燃气管线：声发射技术可以用于监测燃气管线中的泄漏，通过分析声发射信号的频率和能量等特征，可以定位管线泄漏的位置。
声发射技术的基础原理PPT课件
复合材料的声发射检测
总结词
复合材料的声发射检测是评估复合材料结构完整性和性能的重要手段。
详细描述
复合材料由多种材料组成，其结构复杂，传统的无损检测方法难以有效评估其完整性。声发射技术能够检测复合 材料在受力过程中产生的声波信号，通过分析这些信号可以判断复合材料的损伤程度、界面脱粘等缺陷，为复合 材料的安全使用提供保障。
近年来，随着计算机技术和数字信号处理技术的进步，声发射技术得到了进一步的 发展和完善，提高了其检测精度和可靠性。
声发射技术的应用领域
航空航天
声发射技术用于检测飞机和航 天器的关键部件，如发动机、 机身和机翼等，以确保其安全
可靠。
石油化工
声发射技术用于检测石油和化 工管道、压力容器等设备的裂 纹和缺陷，提高设备的安全性 能。
声发射信号的预处理
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去噪
去除声发射信号中的噪声， 提高信号的信噪比。
滤波
根据需要将信号中的特定 频率成分进行提取或滤除。
放大
将微弱的声发射信号进行 放大，以便后续处理和分 析。
声发射信号的特征提取
时域特征
提取信号的幅度、持续时 间、上升时间等时域参数。
频域特征
对信号进行频谱分析，提 取频率、带宽等频域参数。
等，这些成果为声发射技术的应用提供 了重要的技术支持。
声发射技术的发展趋势与未来展望
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随着科技的不断发展， 声发射技术也在不断进 步和完善。未来，声发 射技术将朝着高精度、 高可靠性和智能化的方 向发展。
在高精度方面，通过改 进信号处理技术和算法， 提高声发射检测的分辨 率和准确性，实现对微 小缺陷和损伤的准确检 测。
岩石破坏过程中的声发射分布规律及其分形特征
岩石破坏过程中的声发射分布规律及其分形特征下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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。
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
基于声发射技术的材料疲劳损伤监测
基于声发射技术的材料疲劳损伤监测声发射技术是一种常用于材料疲劳损伤监测的非破坏性测试方法。
它通过监测材料在加载过程中产生的声波信号来评估材料的疲劳破坏状态。
本文将介绍声发射技术的工作原理、应用范围以及未来的发展趋势。
一、工作原理声发射技术基于声波在材料中的传播特性进行研究。
当材料受到外部力加载时，内部的微小裂纹或缺陷将会产生应力集中，最终导致疲劳破坏。
在这个过程中，材料会释放出各种频率和幅度的声波信号。
声发射技术通过检测、记录和分析这些声波信号，以了解材料在加载中出现的疲劳损伤。
二、应用范围声发射技术广泛应用于不同类型材料的疲劳损伤监测，并被用于多个领域，如工程结构、航空航天、能源领域等。
2.1 工程结构工程结构是声发射技术应用的一个重要领域。
在桥梁、建筑物等大型结构中，声发射技术可以用于监测结构受到的负载和疲劳破坏情况。
通过实时监测声发射信号，结构的安全性和使用寿命可以得到评估和预测。
2.2 航空航天航空航天领域对于材料的疲劳损伤监测要求极高，因为任何小的疲劳破坏都可能会导致灾难性后果。
声发射技术可以帮助航空航天工程师监测材料的疲劳寿命，预测结构的性能变化，并根据监测结果进行修复和维护。
2.3 能源领域能源领域也是声发射技术的重要应用领域之一。
例如，在核电站中，材料的疲劳损伤监测对于保障设施的运行安全至关重要。
声发射技术可以监测关键设备中的裂纹和缺陷，及时发现潜在的问题，并采取措施进行修复和保养。
三、发展趋势随着科学技术的发展，声发射技术在材料疲劳损伤监测中的应用将会得到进一步提升。
以下是未来该技术发展的一些趋势：3.1 算法和分析方法的改进为了提高声发射技术的准确性和可靠性，研究人员将会不断改进算法和分析方法。
利用机器学习和人工智能等技术，可以更准确地判断材料疲劳破坏的位置和程度。
3.2 多传感器系统的应用多传感器系统可以提供更全面的监测和检测能力。
未来，声发射技术可能会与其他传感器技术相融合，形成更强大的监测系统。
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。
声发射技术原理
声发射技术原理声发射技术原理是一种利用声波进行通信和定位的技术。
声发射技术可以用于水下通信、地震监测、声呐定位、声纳探测等领域，具有广泛的应用前景。
声发射技术的原理主要包括声波的产生、传播和接收三个方面，下面将对这几个方面进行详细的阐述。
声波的产生是声发射技术的基础。
声波是由物体振动产生的，振动的物体会使周围的介质产生压力变化，从而形成声波。
声发射技术中常用的声源包括压电换能器、磁致伸缩换能器、电动换能器等。
这些声源可以将电能或机械能转化为声能，产生可控的声波信号。
声波的频率、幅度和波形对声发射技术的性能和应用具有重要影响，因此声源的设计和选择是声发射技术中的关键技术之一。
声波的传播是实现声发射技术的基础。
声波是一种机械波，需要介质传播。
在空气中，声波是通过空气分子的运动传播的；在水中，声波是通过水分子的振动传播的。
声波的频率、波长和传播速度由介质的性质决定，不同介质的声波传播特性也会有所不同。
声波的传播在声发射技术中需要考虑介质的声学特性、传播路径和传播损耗等因素，以实现准确的声信号传输和定位。
声波的接收是实现声发射技术应用的关键环节。
声波到达接收器时，会引起接收器内部的物理变化，如振动、压力变化等。
接收器将这些物理变化转化为电信号，经过放大、滤波、数字化等处理后，最终得到声波的相关信息。
声波的接收器和信号处理技术对声发射技术的灵敏度、分辨率和定位精度起着至关重要的作用。
声发射技术的原理涉及到声波的产生、传播和接收三个方面。
在声发射技术的研发和应用过程中，需要充分理解声波的物理特性、声源和接收器的设计原理、声波传播的特性等，以实现声发射技术在通信、定位、探测等方面的应用。
声发射技术的不断发展将会为海洋勘测、水下探测、环境监测、物资运输等领域带来更多的创新和应用可能。
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。
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。
声发射技术.ppt
声发射机理
传感器
激励 （力）
信号
信号线
激励 （力）
声源
应力波
11
声发射检测基本原理
12
声发射检测的目的
确定声发射源的部位； 分析声发射源的性质； 确定声发射发生的时间或载荷； 评定声发射源的严重性。
13
声发射技术的特点（优点）
声发射是一种动力学检验方法，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； 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； 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； 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；
22
金属加工
工具磨损和断裂的探测； 打磨轮或整形装置与工件接触的探测； 修理整形的验证； 金属加工过程的质量控制； 振动探测； 锻压测试； 加工过程的碰撞探测和预防。
23
交通运输业
长管拖车、公路和铁路槽车的检测和缺 陷定位； 铁路材料和结构的裂纹探测； 桥梁和隧道的结构完整性检测； 卡车和火车滚珠轴承和轴颈轴承的状态 监测； 火车车轮和轴承的断裂探测。
5
突发型声发射信号：如果信号由区别于背底噪
音的脉冲组成，且在时间上可以足够分开，那么这 种信号单个脉冲不可
分辨，这些信号就叫做连续型声发射信号。
7
声发射技术发展史概述
声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现 象； “锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现 象，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五十年代初Kaiser在德 国所做的工作为标志； 五十年代末：美国人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, 即声发射 主要是体积效应而不是表面效应； 六十年代：Green首先应用于无损检测, Dunegan 首次应用于压力容器；
无损检测技术与其应用--声发射检测技术(AE)
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（Acoustic Emission, 简称 AE），有时也称为应力波发射。
声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时 有声发射发生，但许多材料的声发射信号很弱，人耳不能直接 听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、 记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术 称为声发射技术。
无损检测技术及其应用
--声发射检测技术（AE）
中国特种设备检测研究院
1 声发射检测技术的概念 2 声发射基本原理 3 声发射技术的优势 4 声发射检测实例
中国特种设备检测研究院
1 声发射检测技术的概念 2 声发射基本原理 3 声发射技术的优势 4 声发射检测实例
中国特种设备检测研究院
1、声发射检测技术的概念
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——储罐声发射检测
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——储罐声发射检测
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——储罐声发射检测
中国特种设备检测研究院
4、声发射检测实例 ——压力容器检测
冷高压分离器检验案例
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4、声发射检测实例 ——无线声发射
中国特种设备检测研究院
1、声发射检测技术的概念
时间1 裂纹尖端开裂
F 时间2
弹性波Leabharlann 时间3被测工件F
F
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1 声发射检测技术的概念 2 声发射基本原理 3 声发射技术的优势 4 声发射检测实例
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1、声发射基本原理
凯撒效应 材料的受载历史，对重复加载声发射特性有重要影响。在固定检测灵敏度下， 重复载荷达到原先所加最大载荷以前，不出现可检测到的声发射信号的现象， 这种声发射不可逆性质称为凯撒效应。多数金属材料中，可观察到明显的凯 撒效应。但是，重复加载前，如产生新裂纹，则凯撒效应会消失。
声发射技术在金属材料分析检测中的应用
声发射技术在金属材料分析检测中的应用摘要：金属材料在受力过程中容易产生变形、裂缝等问题，这严重地影响了材料的应用效果。
在材料使用过程中，有必要进行材料动态、无损检测。
声发射技术是金属材料检查中的常用手段，其能在节省时间和人力的基础上，大大提升了金属材料物理状态监测的效率和精准程度。
基于此，文章主要分析了声发射技术在金属材料检测中的应用。
关键词：声发射技术；金属材料检测；应用1声发射技术原理特征1.1声发射技术的检测原理声发射技术是一种无损检测方法，通过检测材料内部的声波信号来评估材料的完整性和结构状况。
当材料内部发生变形、裂纹、破裂或其他损伤时，会产生弹性波或超声波，这些波通过材料的传播会引起微小的振动或声发射。
声发射传感器会捕捉到这些微弱的声波信号，并通过信号处理技术分析，确定材料中存在的缺陷位置、类型和严重程度。
1.2声发射技术的检测特征（1）高灵敏性。
声发射技术能够检测到微小的裂纹、破裂等缺陷，并能提供关于缺陷的详细信息，如位置、尺寸、形态等。
（2）实时性。
声发射技术能够实时监测材料的状况，及时发现和跟踪缺陷的变化，从而做出相应的维修或替换决策。
（3）定位精确。
声发射技术可以通过分析声波传播的时间、振幅等参数，精确定位缺陷的位置，有助于针对性地修复或处理。
（4）无损检测。
声发射技术是一种非破坏性检测方法，不会对被测材料造成额外的损伤或影响，适用于许多不同类型的材料。
（5）广泛适用性。
声发射技术可以应用于各种材料，如金属、复合材料、混凝土等，适用于不同行业领域的缺陷检测和结构评估。
2声发射技术在金属材料检测中的应用2.1塑性形变检测金属材料在受到外力作用时、内外温差过大的情况下，其内部结构可能发生一定的变化，进而出现开裂、变形等质量问题。
在这个过程中，金属材料微观层面会产生松弛应力，并通过应力波的形式将能量释放出来，最终表现为声发射现象。
声发射技术主要就是对这一过程中产生的能量波形进行接收分析等，最终达到无损检测的目标。
声发射检测原理
声发射检测原理[ 日期：2005-10-01 ] [ 来自：摘自台湾网站]一、声发射检测原理声发射技术，是一种动态非破坏检测技术，涉及声发射源、波的传播、声电转换、信号处理、数据显示与纪录、解释与评定等基本概念，基本原理如下图所示。
广义而言，声发射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。
材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，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弹性波源，通常称为典型声发射源。
流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧、磁畴壁运转等与变形和断裂机制无直接关系的另一类源，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转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到数百，不过多数为止能用高灵敏传感器才能探测到的微弱振动。
用最灵敏的传感器，可探测到约为表面振动。
声发射源发出的弹性波，经介质传播到达被检体表面，引起表面的机械振动。
声发射传感器将表面的瞬态位移转换成电信号。
声发射信号在经放大、处理后，其波形和特性参数被纪录与显示。
最后，经数据的分析与解释，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)鉴别声发射源的类型；(3)确定声发射声生的时间和载荷；(4)评定声发射源的重要性。
一般而言，对超标声发射源，要用其它非破坏检测方法进行局部复检，已精确确定缺陷的性质与大小。
二、声发射技术的特点与其它非破坏检测相比，声发射技术具有两个基本差别：(1)检测动态缺陷，如缺陷扩展，而不是检测静态缺陷；(2)缺陷的信息直接来自缺陷本身，而不是靠外部输入扫查缺陷。
这种差别导致该技术具有以下优点和局限性。
1. 优点（1）可检测对结构安全更为有害的活动性缺陷。
能提供缺陷在应力作用下的动态信息，适于评价缺陷对结购的实际有害程度。
（2）对大型构件，可提供整体或大范围的快速检测。
由于不并进行繁杂的扫查操作，而只要布置好足够数量的传感器，经一次加载或试验过程，就可确定缺陷的部位，从而省工、省时、易于提高检测效率。
声发射技术的基础原理资料
复合材料中的声发射源
复合材料是由基体材料和分布于整个基体材料中的第2相材料所组成的。根据第2相 材料的不同，复合材料分为3类：扩散增强复合材料、颗粒增强复合材料和纤维增强 复合材料。与常规材料相比，复合材料具有强度高、疲劳性能和抗腐蚀性能好等优 点，而且容易制造出结构较复杂的部件。
1、扩散增强和颗粒增强复合材料的声发射源主要包括：基体开裂和第2相 颗粒和基体的脱开。 2、纤维增强复合材料中的声发射源主要包括以下7类： ①基体开裂 ②纤维和基体的脱开 ③纤维拔出 ④纤维断裂 ⑤纤维松弛 ⑥分层 ⑦摩擦
2 2 2 2 1 2 2
1
}
• 式中括号内第一项是纵波贡献分量，而第二项是横波贡献， 在板中来回反射的波的贡献（第三项之后）在式中略去。
点脉冲加载的源
冲击载荷
TIME
2.0
• 具有一般形状的短脉冲力源f（t），该处的速度响应为纵波 的速度响应与力的变化率成正比，而切变波的速度响应与力 的大小成正比。 • 表面阶跃力源在厚板对面产生的垂直位移。
L
有机玻璃 钢 S
L
声发射的概念
声发射——材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性 波的现象。 (Acoustic Emission, 简称AE) ，也称为 应力波发射。 声发射事件—引起声发射的局部材料变化。 声发射源 ——材料中直接与变形和断裂机制有关的弹 性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理源点 或发生声发射的机制源。材料在应力作用下的变形与 裂纹扩展，是结构失效的重要机制。 其它声发射源 ——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。也称 为二次声发射源。
×¾ ½ Ô Á ¦ Ô ´ ² ú É ú µ Ä ´ ¹ Ö ±» Î Ò Æ 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 ±ä Ê ¼ (ct/b) 2 2.5 3
声发射检测的基本原理(2012年)
声发射信号幅度 — 从微观的位错运动到大规 模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从 10-13m的微观位错运动到 1m量级的地震波； 传感器的输出可包括数μv到数百mv。不过多 数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能 探测到的微弱振动。 声发射检测技术 —— 用仪器探测、记录、分 析声发射信号和利用声发射信号推断声发射 源的技术称为声发射技术 。
声发射检测技术
声发射的概念
• 声发射——材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹 性波的现象。 (Acoustic Emission, 简称AE) ，也 称为应力波发射。 • 声发射事件—引起声发射的局部材料变化。 • 声发射源 —— 材料中直接与变形和断裂机制有关的 弹性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理 源点或发生声发射的机制源。材料在应力作用下的 变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。 • 其它声发射源 —— 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。 2 也称为二次声发射源。
声发射技术发展
• 我国于七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发 射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和 金属结构的检测方面得到应用，目前我国已在声发射 仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发 射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了 广泛的研究和应用工作。 • 我国于1978年在中国无损检测学会成立了声发射专业 委员会，并于1979年在黄山召开了第一届全国声发射 学术会议，近年来已固定每两年召开一次学术会议， 到目前为止已召开了十一届（浙江杭州）。 • 声发射标准：ASME、ASTM、BS、DIN、JIS、EROUP、 CHINESE（GB/T18182-2000）JB/T4730.9。 8
声发射基本介绍
2.1声发射检测的基本原理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。
2. 2声发射信号处理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。
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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。
实际上，声发射检测的主要是板材，由于波在 表面多次反射，形成图中的传播方式，称为循 轨波，循轨波的传播速度大体上等于横波的速 度，在进行声发射源定位时，通常采用这一传 播速度。
声发射衰减
扩散损失：损失（内耗）：与波频有关，频率提高， 衰减迅速增大
时，类似于连续型。当低能量和高能量的声发 射源同时开动时，可能出现两种类型复合的声 发射信号。例如纤维增强树脂复合材料，树脂 基体的变形和断裂往往是低能量的声发射源， 而高强度纤维的断裂是高能量的声发射源。
影响声发射信号强度的因素
外部因素：试样形状、变形速度、试验 温度、环境气氛、载荷历史和加载方式
内部因素：晶体结构、均匀性、组织结 构和试样历史等因素
不可逆效应
材料的塑性变形是不可逆的，由塑性变形引起的声发 射也是不可逆的。如对试样施加载荷，开始有声发射 产生，卸载后二次加载，在第二次载荷未超过第一次 加载的最大载荷之前没有声发射，只有当载荷达到这 个值时才开始发生声发射，这一现象称为声发射的不 可逆效应，也称凯塞效应。不可逆效应是由材料变形 和裂纹扩展的不可逆性决定的。如果二次加载的方式 或方向与第一次不同，则不可逆效应就不存在。有些 材料，如纤维增强复合材料，二次加载时，应力可能 重新分布，某些地方有新的变形和裂纹扩展，声发射 将会提前出现。
声发射信号参数的定义
声发射信号单参数分析方法
计数法：声发射事件计数率、振铃计数 率及它们的总计数。还有振幅加权计数 方式，称为加权振铃计数法。信号单位 时间超过阈值的次数为计数率。计数法 的缺点是易受样品几何形状、换能器特 性及连接方式、阈值电压、放大器和滤 波器工作状况等因素的影响。
声发射信号单参数分析方法
声发射检测几乎不受材料限制 声发射检测得到是一些电信号。根据这些电信号判断构件内缺
陷的性质及其变化发展和预报缺陷未来的可能状态比较复杂， 为了对缺陷的动态特性作出正确的分析和判断，需要深入了解 被检测构件材料的声发射特性。在进行声发射检测时要了解构 件的受力历史 塑性变形和裂纹扩展的声发射信号分离比较困难。需辨别检测 到的信号是来自缺陷的真正声发射信号，还是干扰信号，以确 保检测的可靠性。
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
能量分析法：通常采用测量声发射信号 的能量来对连续型声发射信号进行分析， 是定量测量声发射信号的主要方法之一。 对于突发型声发射信号可以测量每个事 件的能量。
声发射信号单参数分析方法
幅度分析法：信号峰值幅度和幅度分布是一 种可以更多地反映声发射源信息的处理方式， 信号幅度与材料中产生发射源的强度有直接 关系，幅度分布与材料的形变机制有关。声 发射信号幅度的测量同样受换能器的响应频 率、换能器的阻尼特性、结构的阻尼特性和 阈值水平等因素的影响。通过应用对数放大 器，既可对声发射大信号也可对声发射小信 号进行精确的峰值幅度测量。
声发射研究的主要方法
参数分析法 参数分析法是通过记录和分析声发射信号的特征参数， 如幅度、能量、持续时间、振铃计数和事件数等，来 分析材料的损伤破坏特性，如损伤程度和部位、破坏 机制等。
波形分析法 波形分析法是指对声发射信号的波形进行记录和分析， 得到信号的频谱及相关函数等，通过分析材料不同阶 段和不同机制引起的损伤的频谱特征，可以获得材料 的损伤特征。从理论上讲，波形包含了事件的全部信 息，波形分析应当能给出任何所需的信息，因而也应 是最精确的方法
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。
声发射技术发展的特点
十分重视关于声发射源的研究 重视各种材料声发射特性的研究 发展声发射源定位技术和评定缺陷有害
度 发展新型仪器 扩大应用范围
声发射波在材料中的转播
纵波速度：CL f
横波速度 0.6（纵波速度）；
瑞利波速度 0.9（横波速度）。
声发射在薄板中传播，板厚与波长相近时，将 产生蓝姆波（板波），板厚比波长小将产生乐 甫波（另一种表面波）
分布分析方法：将声发射信号撞击计数或事 件计数按信号参数值进行统计分布分析。一 般采用分布图进行分析，纵轴选择撞击计数 或事件计数，而横轴可选择声发射信号的任 一参数，横轴选用某一个参数即为该参数的 分布图，如幅度分布、能量分布、振铃计数 分布、持续时间分布及上升时间分布等，其 中幅度分布应用最为广泛。分布分析可用于 发现声发射源的特征，从而达到鉴别声发射 源类型的目的，如复合材料的纤维断裂与基 体开裂，该法也常用于评价声发射源强度。
根据到达的声发射波的波长和耦合剂的厚度不 同，有可能使声发射波畸变。大多数情况下使 用谐振式传感器，这种传感器只对某一频带内 的信号敏感。由于传感器的谐振特性，进一步 使声发射波形畸变。
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