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。声发射检验技术的基本原理是利用耦合在材料表面上的压电陶瓷探头将材料内声发射源产生的弹性波转变为电信号，然后用电子设备将电信号进行放大和处理，使之特性化，并予以显示和记录，从而获得材料内声发射源的特性参数，通过分析检验过程中声发射仪器所得的各种参数，即可知道材料内部的缺陷情况。如果用多通道声发射检测系统，还可以确定声发射源即缺陷的具体部位。

20世纪70年代初，Dunegan等人开展了现代声发射仪器的研制，他们把试验频率提高到100kHz～1MHz，这是声发射试验技术的重大进展，现代声发射仪器的研制成功，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，20世纪70年

代和80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，20世纪60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一个信号通道，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20世纪70年代，它把形成各种AE 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计算机相连。

（3）20世纪80年代初，出现的第二代多通道声发射系统把数据采集功能和显示、存储及计算功能相分离，由前端处理器独立完成，并利用标准总线（如IEEE488）和直接存储器存取（DMA），加快数据的存储和处理速度，在实时显示方面也有一些改进。

（4）第三代多通道声发射系统起始于80年代末，采用了分布式并行处理技术，在各单元间配置有效的通讯途径以实现快速信息传递和缓冲，避免因通道接口的瓶颈效应而造成数据的死锁和丢失，AE数据处理能力可达每秒几千Hit以上。

（5）20世纪90年代，声发射检测系统进入了全数字式的第4代，全数字化AE检测系统在系统结构和软件配置上保留了第三代产品的优点，放大后的AE信号不必再经过一系列的模拟、数字电路才形成数字特征量，而是直接进行高速A/D转换，提取相应特征量。我国在声发射仪器的研制和生产上起步并不算太晚，已研制和生产了各种双通道、4通道、8通道和更多通道（32通道）的声发射，基本上属于模拟声发射仪器的范畴。国外在全数字式声发射仪的研制上发展很快，典型代表是美国PAC公司的Mistras2001，德国Vallen公司的AMSY4和美国数字波形公司（DWC）的F-4000声发射检测仪等，其声发射特征量全由数字信号提供，即声发射传感器的模拟信号在到达各种处理器之前首先被数（458中北大学学报（自然科学版）2006年第5期）字化，由于全部信号处理是对离散信号完成的，系统有很高的信噪比和很宽的动态范围。

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，相关尖端技术在声发射中得到了广泛的应用，加之日益扩大的应用领域对声发射技术的发展提出了新的要求等，促进了声发射技术稳步高速发展。

（4）声发射仪器的发展，处理信息更快、更稳定可靠的声发射仪器以及配套软件系统的研制，将为声发射技术应用领域应用范围进一步增大，以及提高在生产现场监视大型构件的结构完整性应用创造条件。