声发射检测ppt
合集下载
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
01
02
03
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
01
02
03
04
05
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。
最新第九章 声发射检测技术及应用(2011-2-6 (1)教学讲义ppt课件
USTB Xi’an Jiaotong University
5、常用的声发射参数及其意义
(一)累积计数参数： 即指在一个声发射过程中，声发射信号某一特征量
的累加值。该类参数从整体上描述了声发射的总强度。 因而，属于过程参数，也是材料内部结构变化累加效 果的外部表现。这类声发射参数有： （1）声发射事件总数 （2）振铃总计数 （3）总能量 （4）度总计数 （5）大事件计数
1.0
振铃计数率 500
0.9
450
0.8
400
0.7
350
0.6
300
0.5
250
0.4
200
0.3
150
0.2
100
0.1
50
0.0
0
0.00 0.02 0.14 0.33 0.51 0.79 0.97 0.77 0.46
应力应变曲线与声发射特征关系
Vp km/s 4.4
4.35
声速-应力关系
事件a计s-re数ciev率ed TBCs
内，对一个事件 记一次数的方法 称为事件计数。 事件计数可以计 单位时间的事件 数目，称为事件
100
计数率。也可以
计从实验开始到
50
某一阶段的事件
总数，称为事件
0
0
总计数。 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
（5）大事件计数：是指声发射信号脉冲超过某一阈值（较大）
并维持较长时间的事件的个数。
USTB Xi’an Jiaotong University
常用的声发射参数及其意义
(二)变化率参数： 变化率参数反映的是在一定条件下声发射信号在单
声发射在刀具检测中的应用PPT精品文档33页
声发射信号的特征提取方法
黄惟公、罗中先用包络分析法求取刀具磨损中声发射信号的包络线 ，用其时序模型参数作为特征值，采用神经网络对刀具磨损状态进行分 析。 二、小波分析
小波分析包括小波变换和小波包变换。小波分析的思想来源于伸缩 和平移方法，克服了了傅里叶变换在频域中实现完全局部化，但在时域 却没有任何分辨能力的缺点。
声发射技术的研究主要集中在声发射信号的处理技术和声发射仪器 的发展上。声发射信号从次声频到超声频整个频率范围，信息量大，具 有很高的应用价值，它是材料缺陷正在扩展的指示器，是检测材料损伤 ，特别是早期损伤的有力工具。今天声发射仪器已由单通道发展到多通
声发射机理及其信号的特点
道，由简单信号处理发展到计算机进行声发射源定位和波形分析、源特 性分析、模式识别等。
特征提取、机器学习
决策、判断
声发射信号的特征提取方法
声发射信号含有刀具的状态信息，选取最能反映刀具状态的特征量 是准确诊断的关键。
声发射信号处理方法：特征参数分析方法和波形分析方法 特征参数分析：事件计数、振铃计数、幅度分析 特征量的提取方法：时域统计量、小波变换、分形理论、EMD分解 一、时域统计量 常用的时域统计量：峰值、峰峰值、均值、绝对均值、有效值、均 方值、标准值、方差、方根幅值、歪度、峭度、波形指标、峰值指 标、脉冲指标、裕度指标、峭度指标等 其中，峰值、峰峰值、均值、有效值等与采集信号的能量大小有关 的有量纲统计量，受切削条件、工况影响很大，一般不作为特征提 取方法，无量纲参数指标常作为设备检测诊断参数。
声发射检测与振动等传统力学检测方法相比，避免噪声的干扰，对 安装环境要求不高；与传统无Hale Waihona Puke 检测相比，是一种动态检测，能量来自
。
声发射技术.ppt
10
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；
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；
声发射检测技术.ppt
声发射检测技术
声发射检测原理 ：
声发射现象的实质是物体受到外力或内力作用时， 由于内部结果的不均匀及各种缺陷的存在造成应 力集中，从而是局部的应力分布不稳定。当这种 不稳定应力分布状态所积蓄的应变能达到一定程 度时，就会发生应力的重新分布，重新达到新的 稳定状态。这一过程中往往伴随有范性流变、微 观龟裂、位错的发生与堆积、裂纹的长生与发展 等，实际上这就是应变能释放的过程。
生发射信号的典型波形：
连续型 特点： 连续型发射信号波幅 没有很大的起伏，发 射的频度高、能量小。
生发射信号的基本特性
1·生发射信号是上升时间很短的震荡脉冲信号， 2·声发射信号的频率范围很宽，通常可以从次 声频一直到30MHz。 3·生发射信号一般是不可逆的，具有不复现性。 4·声发射 产生的影响因素复杂，不仅与外部 因素有关，也与材料的内部结构有关。 5· 由于产生发射信号的机理各式各样，且频 率范围很宽，因此声发射信号具有一定的模糊 性。
声发射检测方法
定义： 声发射信号是物体受到外部条件作用使其 连续型
声发射检测方法 生发射信号的典型波形：
突发型
特点： 突发型生发射信号表 现为脉冲波形，脉冲 的峰值可能很大，但 衰减很快。
声发射检测方法
声发射检测的可靠性评价
归纳的四种情况： 1· 存在或不存在危险缺陷 2·产生了危险缺陷信号或没有产生危险缺 陷信号 3· 操作者发出或没有发出危险警告指示 4·实验操作人员注意或没有注意到发出的 指示
声发射检测的可靠性评价
肯定的记为A，否定的记为B，得出的结果：
1· AAAA：已找到缺陷并进行了处理 2·AAAB：找到了缺陷，但没有进行处理 3·AAB—：缺陷被漏检 4· ABB—：缺陷存在，但没有声发射信息 5· B—AA：没有缺陷，但仪器给出了假信号，并作出 错误判断 6· B—AB：没有缺陷，但仪器给出了假信号，对假信 号为作出判断 7· B—B —:没有缺陷，也没有信号
声发射检测原理 ：
声发射现象的实质是物体受到外力或内力作用时， 由于内部结果的不均匀及各种缺陷的存在造成应 力集中，从而是局部的应力分布不稳定。当这种 不稳定应力分布状态所积蓄的应变能达到一定程 度时，就会发生应力的重新分布，重新达到新的 稳定状态。这一过程中往往伴随有范性流变、微 观龟裂、位错的发生与堆积、裂纹的长生与发展 等，实际上这就是应变能释放的过程。
生发射信号的典型波形：
连续型 特点： 连续型发射信号波幅 没有很大的起伏，发 射的频度高、能量小。
生发射信号的基本特性
1·生发射信号是上升时间很短的震荡脉冲信号， 2·声发射信号的频率范围很宽，通常可以从次 声频一直到30MHz。 3·生发射信号一般是不可逆的，具有不复现性。 4·声发射 产生的影响因素复杂，不仅与外部 因素有关，也与材料的内部结构有关。 5· 由于产生发射信号的机理各式各样，且频 率范围很宽，因此声发射信号具有一定的模糊 性。
声发射检测方法
定义： 声发射信号是物体受到外部条件作用使其 连续型
声发射检测方法 生发射信号的典型波形：
突发型
特点： 突发型生发射信号表 现为脉冲波形，脉冲 的峰值可能很大，但 衰减很快。
声发射检测方法
声发射检测的可靠性评价
归纳的四种情况： 1· 存在或不存在危险缺陷 2·产生了危险缺陷信号或没有产生危险缺 陷信号 3· 操作者发出或没有发出危险警告指示 4·实验操作人员注意或没有注意到发出的 指示
声发射检测的可靠性评价
肯定的记为A，否定的记为B，得出的结果：
1· AAAA：已找到缺陷并进行了处理 2·AAAB：找到了缺陷，但没有进行处理 3·AAB—：缺陷被漏检 4· ABB—：缺陷存在，但没有声发射信息 5· B—AA：没有缺陷，但仪器给出了假信号，并作出 错误判断 6· B—AB：没有缺陷，但仪器给出了假信号，对假信 号为作出判断 7· B—B —:没有缺陷，也没有信号
声发射检测的基本原理ppt课件
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。
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 。
声发射技术发展
• 最自然的声发射：如折断树技、岩石破碎和折断骨 头、地震等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发 射信号。
• 五十年代初：现代的声发射技术的开始以Kaiser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 。 Kaiser ——Amercian,a student of Germany Munich Universty。
• 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。
1
声发射信号的频率—几HZ到数MHZ，包括次声频、 声频（20HZ—20KHZ）、超声频。
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。
声发射技术发展
• 五十年代末：美国人Kaiser，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]。
• 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。
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 。
声发射技术发展
• 最自然的声发射：如折断树技、岩石破碎和折断骨 头、地震等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发 射信号。
• 五十年代初：现代的声发射技术的开始以Kaiser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 。 Kaiser ——Amercian,a student of Germany Munich Universty。
• 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。
1
声发射信号的频率—几HZ到数MHZ，包括次声频、 声频（20HZ—20KHZ）、超声频。
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。
声发射技术发展
• 五十年代末：美国人Kaiser，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]。
声发射检测课件
6. 4 声发射检测
本节学习需要解决的问题： A. 什么是声发射？ B. 声发射检测的原理是什么？ C. 声发射检测具有什么特点？ D. 声发射检测是如何进行的？ E. 声发射检测技术的应用现状及其发展前景如何？
声发射检测
6. 4. 1 概述
声发射 (Acoustic Emission =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
4
1: 达到最大输出幅度上升时间tτ； 2: 阈值电压Vt； 3: 最大信号输出幅度Vp； 4: 事件宽度te； 5: 事件间隔时间ti；
声发射检测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 为排除噪声干扰，可设置阈值电压 Vt ，当传感器输出信号低于阈值电 压时无效
• 从包络线超过 Vt 的一点开始到包 络线降到 Vt的时间称为事件宽度te
由于材料塑性形变具有不可逆的特点，由塑性形变引起的 声发射也不可逆的。第二次重复载荷当超过第一次最大载 荷时才产生声发射，这一现象称为声发射的不可逆效应
声发射检测
6. 4. 2 声发射检测原理
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 以用声发射换能器探 测的表面位移， 这些 探测器将材料的机械 振动转换为电信号， 然后再被放大、处理 和记录
Principle of acoustic emission
声发射检测
6. 4. 3 声发射信号
6. 4. 3. 1 声发射信号的传播
• 理想半无限大固体内：声发射信号以纵波、横波等模式从声 发射源传到传感器
• 实际情形：声发射信号因界面反射作用，不断多次反射而到 达传感器，称为循轨波。传感器接收的是由于界面反射产生 变换的几种波模式的叠加
声发射检测
本节学习需要解决的问题： A. 什么是声发射？ B. 声发射检测的原理是什么？ C. 声发射检测具有什么特点？ D. 声发射检测是如何进行的？ E. 声发射检测技术的应用现状及其发展前景如何？
声发射检测
6. 4. 1 概述
声发射 (Acoustic Emission =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
4
1: 达到最大输出幅度上升时间tτ； 2: 阈值电压Vt； 3: 最大信号输出幅度Vp； 4: 事件宽度te； 5: 事件间隔时间ti；
声发射检测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 为排除噪声干扰，可设置阈值电压 Vt ，当传感器输出信号低于阈值电 压时无效
• 从包络线超过 Vt 的一点开始到包 络线降到 Vt的时间称为事件宽度te
由于材料塑性形变具有不可逆的特点，由塑性形变引起的 声发射也不可逆的。第二次重复载荷当超过第一次最大载 荷时才产生声发射，这一现象称为声发射的不可逆效应
声发射检测
6. 4. 2 声发射检测原理
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 以用声发射换能器探 测的表面位移， 这些 探测器将材料的机械 振动转换为电信号， 然后再被放大、处理 和记录
Principle of acoustic emission
声发射检测
6. 4. 3 声发射信号
6. 4. 3. 1 声发射信号的传播
• 理想半无限大固体内：声发射信号以纵波、横波等模式从声 发射源传到传感器
• 实际情形：声发射信号因界面反射作用，不断多次反射而到 达传感器，称为循轨波。传感器接收的是由于界面反射产生 变换的几种波模式的叠加
声发射检测
声波测试技术与声发射监测技术课件
解：
(1)24个测点声速平均值、标准差：
mv 214i214vi 4.48 km /s
24
(vi mv)2
sv
i1
241
0.10km/s
声波测试技术与声发射监测技术
例题
• N=24，查表2得λ1=1.73
• ∴声速异常值判定值
• v0=mv-λ1Sv=4.48-1.73×0.10=4.31km/s
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
一发双收换能器
1—引出电缆 2—发射振子 3—联合体 4—接收振子1 5—接收振子2
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
BC段混凝 土的声速
l v
tFS2 tFS1
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
三、声波测试在岩体中的应用
1. 围岩松弛带测试
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
声波测试技术与声发射监测技术
§6-2 声波探测技术及其应用
2．利用弹性波测试评价岩体强度和完整性程度
§6-1 声波的传播规律
波动与振动
在空间某处发生的扰动，以一定的速度由近及远 地传播，这种传播着的扰动称为波动。
波动中介质各质点并不随波前进，只是在各自的 平衡位置附近往复运动。这种运动称质点的振动 （机械振动）。
声波
声波是在介质中传播的 机械波，依据波动频率的 不同，声波可分为次声波、 可闻声波、超声波、特超 声波。
声发射检测原理1PPT课件
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。
2021
3、衰减
衰减就是信号的幅值随着离开声源距离的增加 而减小。衰减控制了声源距离的可检测性。因此， 对于声发射检验来说它是确定传感器间距的关键因 素。
传播衰减的大小，关系到每个传感器可检测的 距离范围，在源定位中成为确定传感器间距或工作 频率的关键因素。为了减少衰减的影响而常采取的 措施包括降低传感器的频率或减小传感器间距。
声发射检测原理
2021
一、声发射技术
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(AE)，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强度很弱，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。
2021
（7）对于设备的加载试验，声发射检验方法可以预 防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定 系统的最高工作载荷； （8）由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其 它方法受到限制的形状复杂的构件。
2021
四、声发射检测的物理基础
1、凯赛尔效应
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。
2021
（5） 航天和航空工业：航空器壳体和主要构件的检 测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试验 检测和运行过程中的在线连续监测等。 （6） 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，焊接过程监测，振动探测，锻 压测试，加工过程的碰撞探测和预防。 （7） 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车及船 舶的检测和缺陷定位，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
2021
3、衰减
衰减就是信号的幅值随着离开声源距离的增加 而减小。衰减控制了声源距离的可检测性。因此， 对于声发射检验来说它是确定传感器间距的关键因 素。
传播衰减的大小，关系到每个传感器可检测的 距离范围，在源定位中成为确定传感器间距或工作 频率的关键因素。为了减少衰减的影响而常采取的 措施包括降低传感器的频率或减小传感器间距。
声发射检测原理
2021
一、声发射技术
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(AE)，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强度很弱，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。
2021
（7）对于设备的加载试验，声发射检验方法可以预 防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定 系统的最高工作载荷； （8）由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其 它方法受到限制的形状复杂的构件。
2021
四、声发射检测的物理基础
1、凯赛尔效应
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。
2021
（5） 航天和航空工业：航空器壳体和主要构件的检 测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试验 检测和运行过程中的在线连续监测等。 （6） 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，焊接过程监测，振动探测，锻 压测试，加工过程的碰撞探测和预防。 （7） 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车及船 舶的检测和缺陷定位，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
- 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)。
转换成电信号输出到前置放大器在输出到主放大器 然后又采集卡采集后进入计算机。 声发射检测中，要求传感器为宽频带的前置放大器内置 式的共振型高灵敏传感器，主响应频率为150KHz；前置 放大器增益为40dB，滤波器带通为100～300KHz。
2 前置放大器
声发射信号经换能器转换成电信号后，其输出低 至十几微伏。这样微弱的信号若经过长电缆输送， 可能衰减到无法分辨出信号和噪声。设置前置放大 器的目的是为了增大信噪比，增加微弱信号的抗干 扰能力。
（2）在保持其他条件小变时，随
着压力的增加，声发射传感器 检测信号的强度线性增加，但 在0.2 MPa 附近有转折，压力 超过0.2MPa后，随压力增加， 声发射信号增加幅度减小，但 仍是线性变化．图4为在保 持传 感器的取向不变，传感器距离 漏孔1 5 cm、漏孔直径l 5mm条 件下，声发射信号的强度随压 力变化的关系．重复实验证明 ，这种结果存在普遍性，即对 其他泄漏孔径、距离及传感器 取向不变条件下，同样适用． 该现象可能与液体流动特性及 固液耦合特性有关，但有待于 进一步征明．
三、声发射检测技术与仪器
（1）声发射技术 声发射源定性问题涉及到 AE 源信号，包括 AE 特征量 和 AE 波形的获取， AE 波形含有大量的声发射信息，如 利用当今先进的计算机、信号处理技术对AE波形进行分 析处理，就给较准确的分析AE源性质提高了可能。传统 的声发射技术对声源特征和识别没有采用合适的手段去 充分研究，也就无法实现对缺陷的定性分析。定量的方 法也只是对提取的少量参数进行统计分析。
因此，为了更加准确的对检测对象进行定位、定量、 定性分析，更加准确的对检测对象进行无损评价，具有 大吞吐量获取 AE 波形数据、灵活布置传感器进行源位 的多通道全波形声发射准实时检测系统应运而生。
数字信号处理（DSP）和计算机技术的迅速发展导致
全数字式声发射仪的问世，这给瞬态波形分析的研究
创造了条件并使其实际应用成为可能。通过对声发射
二、声发射的特点
a 能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，从 而为使用安全性评价提供依据； b 可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况； c 无法探测静态缺陷； d 设备价格昂贵； f 声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法（UT） 复验。 e 检测过程中干扰因素较多；很多情况伴随有各种干扰噪声 信号，如机械摩擦及异物撞击等。从噪声中提取或识别感 兴趣的信号是声发射的核心。
由于声发射检测是一种动态无损检测方法，而且，声 发射信号来自缺陷本身，因此，用声发射法可以判断缺 陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷，当它所 处的位置和所受的应力状态不同时，对结构的损伤程度 也不同，所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺 陷的声发射信号，就可以长期连续地监视缺陷的安全性 ，这是其它无损检测方法难以实现的。
2、实验结果分析
通过压力管道泄漏的声发射检 测实验研究，能够定性判断是否 有泄漏的发生以及泄漏信号随压 力、泄漏孔径大小，传感器取向 、距离变化的关系。 （1）通过对声发射传感器接收到 信号的频谱分析 可以判断是否有 泄漏发生．图3(a)、3(b)分别为有 、无泄漏隋况下，声发射传感器 接收到的波形和频谱 从频谱图可 以明显推断是否有泄漏的发生以 及泄漏声发射信号的频带范围．
（8）核工业领域：对核容器和管道的泄漏进行监测，对 核压力容器进行无损检测和安全评定； （9）焊接过程控制：通过实时监测焊接过程中金属冷却 产生的声发射信号来控制焊接质量； （10）机械加工：通过探测机械加工过程中产生的声发 射信号，监测刀具的磨损情况； （11）机械诊断：通过监测机器在运转过程中产生的声发 射信号 ，诊断机器轴承的磨损情况。
压力管道泄漏所激发的声 发射现象是· 个非常复杂的问 题，涉及到诸多因素，如： 泄漏孔径大小、形状 及液体 压力、湍流、固液耦合等． 因此，要建证一套完备的数 学物理模型来描述问题的各 个方面几乎不可能。根据实 际问题特点，建立压力管道 泄漏声发射检测简化实验模 型如图所示．压力管道泄漏 的声发射检测实验系统主要 包括：压力管道泄漏实验模 型、PCI -DSP声发射数字采 集板(PAC)、声发射传感器 (PAC Rl 5)、前置放大器 (PAC 1220A)、滤波器等．
现代声发射仪除了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。 目前人们已将声发射技术应用于许多领域，主要包括 以下方面： （1）金属结构： 对压力容器、金属桥梁、起重机臂、铁 轨和飞机骨架等金属结构进行无损检测和安全评定 （2）岩石：研究岩石的受力和破坏特性，对岩石塌方进 行预测预报；
（3）水泥混凝土：研究水泥及钢筋混凝土的受力和 破坏 特性，评价桥梁和建筑物等大型混凝土构件 的承载能力和寿命； （4）金属材料：研究金属材料的塑性变形、断裂和 相变机制； （5）复合材料：研究和测量复合材料内基体和纤维 的断裂、脱开、分层和整体失效等； （6）磁性材料：通过测量磁声发射的信号，研究磁 性材料的某些特性； （7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性， 对陶瓷材料进行无损评估；
信号的全部采集，这样就不会丢失有用的信息，而且 从整个波形信号的细节可以运用现代信号分析手段进 行处理，达到对缺陷定量、定性、定位的目的。
波形分析是指通过分析 AE信号的时域波形或频 谱特征来获取信息的一种信号处理方法。理论上讲 ，波形分析应当能给出任何所需的信息，因而也是 最精确的方法，并可导致对AE的定量了解。 从所记录的 AE波形，人们可以很容易地获得信 号的频谱和相关函数等特性，并可同时得到任何感 兴趣的参数。可以肯定，对设备材料的检验，波形 分析技术可能会对识别声发射源及提高源定位精度 有较大作用。
（12）医学领域：研究骨头的摩擦|受力和破坏特性，无 损检测和评价骨关节的状况。
五、压力管道泄露的声发射检测实验研究
管道作为现行五大运输工具之一，在运送液体、气体、 浆液等方面具有特殊的优势，然而管道经长期使 用，常常 发生泄漏事故，以自来水管道为例，据统汁世界各大城市 自来水的损失率在20％左右。使用常规无损检测方法（如 超声、漏磁检测爬机等）对管道泄漏检测有着众多的优势 ，但都存在一个严重的不足：检测过程为逐点扫描，因此 不可能有效地用于成千上万km的管道检测．而声发射作为 一种动态 无损检测力法，对于压力管道的泄漏检测具有潜 在的特殊效果，因此对于压力管道泄漏的声发射实验研究 具有重要的意义。
1、压力管道泄露声发射检测实验系统
严格地讲，压力管道或容 器等泄漏所激发的应力波 并不是声发射现象，因为 在泄漏过程中，管壁只是 波导，本身不释放能量， 但由于泄漏点液体泄漏同 样也会在管道中激发出应 力波，通过该应力波可以 描述材料结构上的某种状 况，所以从这个意义上讲 ，也可以认为是一种声发 射现象。
各种材料的声发射的频率很宽，从次声波，到超 声波。声发射传感器检测的信号通常为中心频率为 300KHz的超声波信号。
人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。如果裂 纹等缺陷处于静止状态，没有变化和扩展，就没有声发 射发生，也就不能实现声发射检测。声发射检测的这一 特点使其区别于超声、 X 射线、涡流等其它常规无损检 测方法。射的特点 ►三、声发射技术及其所涉及的仪器 ►四、声发射技术的应用
►五、压力管道泄露的声发射检测实验 研究
声发射检测
Acoustic Emission Testing 简称 AE
一、 声发射检测的原理
材料或结构受外力和内力作用产生变形或断裂，以弹
性波形式释放出应变能的现象称为声发射。发射弹性波的
谢谢观看
（3）保持其他条件不变情况下，随着离源距离 的增加．声发射传感器检测信号的强度变小． 图5(a)、5(h)是距离分别为5 cm、15 cm条件 下，声发射传感器接收到的波形．
（4）在保持其他条件不变的情况下，随着泄漏孔 径的变化，信号强度亦发生变化．图6(a)、6(b) 是泄漏孔径分别为l mm、0 5mm条件下，声发射 传感器接收到波形．
随着数字技术和计算机技术的迅速发展，研制高性能
全波采集的声发射仪成为可能。其原理是，声发射信号经
高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信
号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软
件设计，对检测缺陷进行定位和定量。
（2）声发射所涉及的设备
1 传感器（换能器、探头）
传感器就是用来把声发射产生的弹性波信号接收下来并
3 主放大器 电信号经前置放大器和电缆长途传播后进入主放大器进 一步放大到适合PCI数据采集卡的幅值大小。
4 PCI数据采集卡
电信号（模拟信号）经采集卡数字化后，通过采样进入 计算机，供分析，计算，转换和存储。 5 软件系统 对采集的数据进行分析，计算，波型重组，声发射源定
位，缺陷识别等。
四、 声发射技术的应用
除极少材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有 声发射发生，所以，声发射检测几乎不受材料的限制。 利用多通道声发射装置，可以对缺陷进行准确的定位。 声发射检测的这一特点对大型结构如球罐等检测特别方 便。 在利用声发射技术确定缺陷部位后，还可以利用其它 无损检测方法加以验证。当然随着信号处理水平的提高， 根据信号本身的特征，也可以对缺陷的性质和严重程度 进行识别。由于声发射技术具有许多独特的优点，近年 来有许多科学家和工程技术人员致力于发展和应用该项 技术。
位置（缺陷）称为声发射源。声发射是一种常见的物理现
象，如果释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声
音。大多数金属材料塑性变形和断裂时有声发射发生，但
许多金属材料的声及射信号强度很弱，人耳不能直接听见 ，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。
用仪器检测、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，所 采用的仪器成为声发射仪 。
2 前置放大器
声发射信号经换能器转换成电信号后，其输出低 至十几微伏。这样微弱的信号若经过长电缆输送， 可能衰减到无法分辨出信号和噪声。设置前置放大 器的目的是为了增大信噪比，增加微弱信号的抗干 扰能力。
（2）在保持其他条件小变时，随
着压力的增加，声发射传感器 检测信号的强度线性增加，但 在0.2 MPa 附近有转折，压力 超过0.2MPa后，随压力增加， 声发射信号增加幅度减小，但 仍是线性变化．图4为在保 持传 感器的取向不变，传感器距离 漏孔1 5 cm、漏孔直径l 5mm条 件下，声发射信号的强度随压 力变化的关系．重复实验证明 ，这种结果存在普遍性，即对 其他泄漏孔径、距离及传感器 取向不变条件下，同样适用． 该现象可能与液体流动特性及 固液耦合特性有关，但有待于 进一步征明．
三、声发射检测技术与仪器
（1）声发射技术 声发射源定性问题涉及到 AE 源信号，包括 AE 特征量 和 AE 波形的获取， AE 波形含有大量的声发射信息，如 利用当今先进的计算机、信号处理技术对AE波形进行分 析处理，就给较准确的分析AE源性质提高了可能。传统 的声发射技术对声源特征和识别没有采用合适的手段去 充分研究，也就无法实现对缺陷的定性分析。定量的方 法也只是对提取的少量参数进行统计分析。
因此，为了更加准确的对检测对象进行定位、定量、 定性分析，更加准确的对检测对象进行无损评价，具有 大吞吐量获取 AE 波形数据、灵活布置传感器进行源位 的多通道全波形声发射准实时检测系统应运而生。
数字信号处理（DSP）和计算机技术的迅速发展导致
全数字式声发射仪的问世，这给瞬态波形分析的研究
创造了条件并使其实际应用成为可能。通过对声发射
二、声发射的特点
a 能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，从 而为使用安全性评价提供依据； b 可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况； c 无法探测静态缺陷； d 设备价格昂贵； f 声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法（UT） 复验。 e 检测过程中干扰因素较多；很多情况伴随有各种干扰噪声 信号，如机械摩擦及异物撞击等。从噪声中提取或识别感 兴趣的信号是声发射的核心。
由于声发射检测是一种动态无损检测方法，而且，声 发射信号来自缺陷本身，因此，用声发射法可以判断缺 陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷，当它所 处的位置和所受的应力状态不同时，对结构的损伤程度 也不同，所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺 陷的声发射信号，就可以长期连续地监视缺陷的安全性 ，这是其它无损检测方法难以实现的。
2、实验结果分析
通过压力管道泄漏的声发射检 测实验研究，能够定性判断是否 有泄漏的发生以及泄漏信号随压 力、泄漏孔径大小，传感器取向 、距离变化的关系。 （1）通过对声发射传感器接收到 信号的频谱分析 可以判断是否有 泄漏发生．图3(a)、3(b)分别为有 、无泄漏隋况下，声发射传感器 接收到的波形和频谱 从频谱图可 以明显推断是否有泄漏的发生以 及泄漏声发射信号的频带范围．
（8）核工业领域：对核容器和管道的泄漏进行监测，对 核压力容器进行无损检测和安全评定； （9）焊接过程控制：通过实时监测焊接过程中金属冷却 产生的声发射信号来控制焊接质量； （10）机械加工：通过探测机械加工过程中产生的声发 射信号，监测刀具的磨损情况； （11）机械诊断：通过监测机器在运转过程中产生的声发 射信号 ，诊断机器轴承的磨损情况。
压力管道泄漏所激发的声 发射现象是· 个非常复杂的问 题，涉及到诸多因素，如： 泄漏孔径大小、形状 及液体 压力、湍流、固液耦合等． 因此，要建证一套完备的数 学物理模型来描述问题的各 个方面几乎不可能。根据实 际问题特点，建立压力管道 泄漏声发射检测简化实验模 型如图所示．压力管道泄漏 的声发射检测实验系统主要 包括：压力管道泄漏实验模 型、PCI -DSP声发射数字采 集板(PAC)、声发射传感器 (PAC Rl 5)、前置放大器 (PAC 1220A)、滤波器等．
现代声发射仪除了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。 目前人们已将声发射技术应用于许多领域，主要包括 以下方面： （1）金属结构： 对压力容器、金属桥梁、起重机臂、铁 轨和飞机骨架等金属结构进行无损检测和安全评定 （2）岩石：研究岩石的受力和破坏特性，对岩石塌方进 行预测预报；
（3）水泥混凝土：研究水泥及钢筋混凝土的受力和 破坏 特性，评价桥梁和建筑物等大型混凝土构件 的承载能力和寿命； （4）金属材料：研究金属材料的塑性变形、断裂和 相变机制； （5）复合材料：研究和测量复合材料内基体和纤维 的断裂、脱开、分层和整体失效等； （6）磁性材料：通过测量磁声发射的信号，研究磁 性材料的某些特性； （7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性， 对陶瓷材料进行无损评估；
信号的全部采集，这样就不会丢失有用的信息，而且 从整个波形信号的细节可以运用现代信号分析手段进 行处理，达到对缺陷定量、定性、定位的目的。
波形分析是指通过分析 AE信号的时域波形或频 谱特征来获取信息的一种信号处理方法。理论上讲 ，波形分析应当能给出任何所需的信息，因而也是 最精确的方法，并可导致对AE的定量了解。 从所记录的 AE波形，人们可以很容易地获得信 号的频谱和相关函数等特性，并可同时得到任何感 兴趣的参数。可以肯定，对设备材料的检验，波形 分析技术可能会对识别声发射源及提高源定位精度 有较大作用。
（12）医学领域：研究骨头的摩擦|受力和破坏特性，无 损检测和评价骨关节的状况。
五、压力管道泄露的声发射检测实验研究
管道作为现行五大运输工具之一，在运送液体、气体、 浆液等方面具有特殊的优势，然而管道经长期使 用，常常 发生泄漏事故，以自来水管道为例，据统汁世界各大城市 自来水的损失率在20％左右。使用常规无损检测方法（如 超声、漏磁检测爬机等）对管道泄漏检测有着众多的优势 ，但都存在一个严重的不足：检测过程为逐点扫描，因此 不可能有效地用于成千上万km的管道检测．而声发射作为 一种动态 无损检测力法，对于压力管道的泄漏检测具有潜 在的特殊效果，因此对于压力管道泄漏的声发射实验研究 具有重要的意义。
1、压力管道泄露声发射检测实验系统
严格地讲，压力管道或容 器等泄漏所激发的应力波 并不是声发射现象，因为 在泄漏过程中，管壁只是 波导，本身不释放能量， 但由于泄漏点液体泄漏同 样也会在管道中激发出应 力波，通过该应力波可以 描述材料结构上的某种状 况，所以从这个意义上讲 ，也可以认为是一种声发 射现象。
各种材料的声发射的频率很宽，从次声波，到超 声波。声发射传感器检测的信号通常为中心频率为 300KHz的超声波信号。
人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。如果裂 纹等缺陷处于静止状态，没有变化和扩展，就没有声发 射发生，也就不能实现声发射检测。声发射检测的这一 特点使其区别于超声、 X 射线、涡流等其它常规无损检 测方法。射的特点 ►三、声发射技术及其所涉及的仪器 ►四、声发射技术的应用
►五、压力管道泄露的声发射检测实验 研究
声发射检测
Acoustic Emission Testing 简称 AE
一、 声发射检测的原理
材料或结构受外力和内力作用产生变形或断裂，以弹
性波形式释放出应变能的现象称为声发射。发射弹性波的
谢谢观看
（3）保持其他条件不变情况下，随着离源距离 的增加．声发射传感器检测信号的强度变小． 图5(a)、5(h)是距离分别为5 cm、15 cm条件 下，声发射传感器接收到的波形．
（4）在保持其他条件不变的情况下，随着泄漏孔 径的变化，信号强度亦发生变化．图6(a)、6(b) 是泄漏孔径分别为l mm、0 5mm条件下，声发射 传感器接收到波形．
随着数字技术和计算机技术的迅速发展，研制高性能
全波采集的声发射仪成为可能。其原理是，声发射信号经
高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信
号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软
件设计，对检测缺陷进行定位和定量。
（2）声发射所涉及的设备
1 传感器（换能器、探头）
传感器就是用来把声发射产生的弹性波信号接收下来并
3 主放大器 电信号经前置放大器和电缆长途传播后进入主放大器进 一步放大到适合PCI数据采集卡的幅值大小。
4 PCI数据采集卡
电信号（模拟信号）经采集卡数字化后，通过采样进入 计算机，供分析，计算，转换和存储。 5 软件系统 对采集的数据进行分析，计算，波型重组，声发射源定
位，缺陷识别等。
四、 声发射技术的应用
除极少材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有 声发射发生，所以，声发射检测几乎不受材料的限制。 利用多通道声发射装置，可以对缺陷进行准确的定位。 声发射检测的这一特点对大型结构如球罐等检测特别方 便。 在利用声发射技术确定缺陷部位后，还可以利用其它 无损检测方法加以验证。当然随着信号处理水平的提高， 根据信号本身的特征，也可以对缺陷的性质和严重程度 进行识别。由于声发射技术具有许多独特的优点，近年 来有许多科学家和工程技术人员致力于发展和应用该项 技术。
位置（缺陷）称为声发射源。声发射是一种常见的物理现
象，如果释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声
音。大多数金属材料塑性变形和断裂时有声发射发生，但
许多金属材料的声及射信号强度很弱，人耳不能直接听见 ，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。
用仪器检测、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，所 采用的仪器成为声发射仪 。