声发射及其基本原理

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
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
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
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。
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）
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。
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：与波的频率无关，波的幅度随传播 距离减小
摩擦损失（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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。