聲發(fā)射傳感器

1、 概述概述 聲發(fā)射的理論基礎(chǔ)聲發(fā)射的理論基礎(chǔ) 聲發(fā)射信號的檢測與分析聲發(fā)射信號的檢測與分析 聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 無損檢測無損檢測 NDT NDT （Non-destructive testingNon-destructive testing），就是利用聲、），就是利用聲、 光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用 性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均 勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)

2、量等信息， 進(jìn)而判定被檢對象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余進(jìn)而判定被檢對象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余 壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。 背景介紹背景介紹 無損檢測方法無損檢測方法 l目視檢測目視檢測 Visual Testing Visual Testing （縮寫（縮寫 VTVT） l超聲檢測超聲檢測 Ultrasonic TestingUltrasonic Testing（縮寫（縮寫 UTUT） l射線檢測射線檢測 Radiographic TestingRadiographic Testing（縮寫（縮寫 RTRT） l磁粉檢測磁粉檢測 Magnetic

3、particle TestingMagnetic particle Testing（縮寫（縮寫 MTMT） l滲透檢測滲透檢測 Penetrated Testing Penetrated Testing （縮寫（縮寫 PTPT） l聲發(fā)射聲發(fā)射 Acoustic Emission(Acoustic Emission(縮寫縮寫 AE) AE) l渦流檢測渦流檢測Eddy current Testing Eddy current Testing （縮寫（縮寫 ETET） l泄漏檢測泄漏檢測 Leak TestingLeak Testing（縮寫（縮寫 LTLT） 背景介紹背景介紹 折斷竹子發(fā)出的聲

4、音折斷竹子發(fā)出的聲音 撕報紙發(fā)出的聲音撕報紙發(fā)出的聲音 聲發(fā)射技術(shù)概論聲發(fā)射技術(shù)概論 裂紋裂紋 裂紋裂紋 分層分層 材料在外力作用下，形成裂紋、斷裂、分層等形式的損傷時，材料在外力作用下，形成裂紋、斷裂、分層等形式的損傷時， 也會發(fā)聲，產(chǎn)生聲發(fā)射信號！也會發(fā)聲，產(chǎn)生聲發(fā)射信號！ 顆粒斷裂顆粒斷裂 但這些信號很微弱，人耳聽不到，必但這些信號很微弱，人耳聽不到，必 須借助先進(jìn)的設(shè)備來檢測須借助先進(jìn)的設(shè)備來檢測 聲發(fā)射技術(shù)概論聲發(fā)射技術(shù)概論 聲發(fā)射（聲發(fā)射（acoustic emission，簡稱，簡稱AE）是指材料或結(jié)）是指材料或結(jié) 構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以應(yīng)力波形式釋構(gòu)受外力或內(nèi)力作

5、用產(chǎn)生變形或斷裂，以應(yīng)力波形式釋 放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。 應(yīng)變能足夠強(qiáng)，則人耳可以聽到。應(yīng)變能足夠強(qiáng)，則人耳可以聽到。 許多金屬材料的聲發(fā)射信號強(qiáng)度很弱，人耳不能直許多金屬材料的聲發(fā)射信號強(qiáng)度很弱，人耳不能直 接聽見，需要藉助靈敏的電子儀器才能檢測出來。接聽見，需要藉助靈敏的電子儀器才能檢測出來。 AE System 應(yīng)力波應(yīng)力波 什么是聲發(fā)射？什么是聲發(fā)射？ 結(jié)構(gòu)材料源結(jié)構(gòu)材料源 塑性變形塑性變形 相變相變 亞臨界裂紋擴(kuò)展亞臨界裂紋擴(kuò)展 其他源其他源 壓力泄漏壓力泄漏 摩擦及磨損摩擦及磨損 裂紋面閉合與摩擦裂紋面閉合與摩擦 撞擊撞擊 磁疇壁運動磁疇壁運動 燃燒燃燒 沸騰沸騰 凝

6、固與熔化凝固與熔化 氧化膜、銹皮和熔渣開裂氧化膜、銹皮和熔渣開裂 聲聲 發(fā)發(fā) 射射 源源 如何產(chǎn)生聲發(fā)射？如何產(chǎn)生聲發(fā)射？ 起重機(jī)主梁裂紋檢測起重機(jī)主梁裂紋檢測管道裂紋檢測管道裂紋檢測 聲發(fā)射源的典型例子聲發(fā)射源的典型例子 儲儲 油油 罐罐 油面油面 傳傳 感感 器器 腐蝕點腐蝕點 傳感器傳感器 傳傳 感感 器器 儲油罐漏油檢測儲油罐漏油檢測變壓器局部放電檢測變壓器局部放電檢測 聲發(fā)射源的典型例子聲發(fā)射源的典型例子 5050年代年代: :德國人德國人KaiserKaiser發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)KaiserKaiser效應(yīng)效應(yīng) 50-7050-70年代年代: : 實驗室階段實驗室階段 70-8070-80年

7、代：工程應(yīng)用年代：工程應(yīng)用 90-90-本世紀(jì)初本世紀(jì)初: : 迅速發(fā)展、廣泛應(yīng)用迅速發(fā)展、廣泛應(yīng)用 聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展 l美國物理聲學(xué)公司一美國物理聲學(xué)公司一PAC公司作為聲發(fā)射技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者、世界著名生產(chǎn)商，公司作為聲發(fā)射技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者、世界著名生產(chǎn)商， PAC公司有完整的、系統(tǒng)化的聲發(fā)射產(chǎn)品生產(chǎn)線。其聲發(fā)射產(chǎn)品占全球聲發(fā)公司有完整的、系統(tǒng)化的聲發(fā)射產(chǎn)品生產(chǎn)線。其聲發(fā)射產(chǎn)品占全球聲發(fā) 射市場的射市場的85%以上。聲發(fā)射系統(tǒng)是以上。聲發(fā)射系統(tǒng)是PAC公司主導(dǎo)產(chǎn)品之一。完整的聲發(fā)射系公司主導(dǎo)產(chǎn)品之一。完整的聲發(fā)射系 統(tǒng)包括：聲發(fā)射卡、聲發(fā)射主機(jī)、聲發(fā)射傳感器、聲發(fā)射前置放大器、聲發(fā)統(tǒng)包括

8、：聲發(fā)射卡、聲發(fā)射主機(jī)、聲發(fā)射傳感器、聲發(fā)射前置放大器、聲發(fā) 射處理軟件，其核心部件包括聲發(fā)射卡，采集分析軟件、傳感器和前置放大射處理軟件，其核心部件包括聲發(fā)射卡，采集分析軟件、傳感器和前置放大 器。器。PAC公司聲發(fā)射產(chǎn)品依據(jù)其聲發(fā)射卡型號不同而構(gòu)成三個聲發(fā)射系統(tǒng)。公司聲發(fā)射產(chǎn)品依據(jù)其聲發(fā)射卡型號不同而構(gòu)成三個聲發(fā)射系統(tǒng)。 即：即：DiSP系統(tǒng)系統(tǒng)、SAMOS系統(tǒng)系統(tǒng) 、PCI-2系統(tǒng)系統(tǒng)。三個系統(tǒng)的采集卡均采用標(biāo)準(zhǔn)。三個系統(tǒng)的采集卡均采用標(biāo)準(zhǔn) PCI總線技術(shù)，并由先進(jìn)的表面封裝設(shè)備（總線技術(shù)，并由先進(jìn)的表面封裝設(shè)備（SMD）制造的多層高密度卡。最）制造的多層高密度卡。最 近公司又研制出近公

9、司又研制出ARB-1410卡卡采用標(biāo)準(zhǔn)的采用標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線總線,14位位A/D,速度為速度為 100MSample/sec的任意波形發(fā)生卡的任意波形發(fā)生卡.同時同時,此卡使用專用的此卡使用專用的WaveGen1410軟件軟件, 可以產(chǎn)生各種類型的波形可以產(chǎn)生各種類型的波形. PAC公司的聲發(fā)射產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于壓力容器檢測、公司的聲發(fā)射產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于壓力容器檢測、 管道檢測管道檢測、航空航天材料檢測航空航天材料檢測、起重設(shè)備檢測起重設(shè)備檢測、鐵路罐車檢測鐵路罐車檢測、橋梁檢測橋梁檢測、 貯罐檢測、金屬材料檢測、貯罐檢測、金屬材料檢測、復(fù)合材料檢測復(fù)合材料檢測、陶瓷檢測、水泥構(gòu)件檢測、巖石、陶瓷檢

10、測、水泥構(gòu)件檢測、巖石 及電器產(chǎn)品等檢測。及電器產(chǎn)品等檢測。 lPAC公司擁有世界上領(lǐng)先的聲發(fā)射研究中心（公司擁有世界上領(lǐng)先的聲發(fā)射研究中心（RD）及最優(yōu)秀的專家，為不）及最優(yōu)秀的專家，為不 同行業(yè)開發(fā)了解決工程問題的專家系統(tǒng)同行業(yè)開發(fā)了解決工程問題的專家系統(tǒng):VPAC（閥門定量泄漏檢測聲發(fā)射專（閥門定量泄漏檢測聲發(fā)射專 家系統(tǒng)）家系統(tǒng)）、MONPAC(壓力容器檢測聲發(fā)射專家系統(tǒng)）壓力容器檢測聲發(fā)射專家系統(tǒng)）、TANKPAC（油（油 罐罐底腐蝕狀況聲發(fā)射在線檢測專家系統(tǒng)）罐罐底腐蝕狀況聲發(fā)射在線檢測專家系統(tǒng)）、CORPAC（工業(yè)結(jié)構(gòu)中局部（工業(yè)結(jié)構(gòu)中局部 腐蝕狀況聲發(fā)射在線監(jiān)控系統(tǒng)）腐蝕狀況聲

11、發(fā)射在線監(jiān)控系統(tǒng)）、PDDPAC（變壓器局部放電聲發(fā)射檢測專（變壓器局部放電聲發(fā)射檢測專 家系統(tǒng)）。家系統(tǒng)）。 l聲發(fā)射系統(tǒng)在如下領(lǐng)域應(yīng)用：聲發(fā)射系統(tǒng)在如下領(lǐng)域應(yīng)用： lTraditional Material Testing(聲發(fā)射對傳統(tǒng)材料的檢測聲發(fā)射對傳統(tǒng)材料的檢測) Advanced Composite Material Testing (聲發(fā)射對高級復(fù)合材料的檢測聲發(fā)射對高級復(fù)合材料的檢測) Fatigue Testing(聲發(fā)射在疲勞測試中應(yīng)用聲發(fā)射在疲勞測試中應(yīng)用) Pressure Vessel (Metal & FRP) Safety Verification (聲發(fā)射對金屬

12、及玻璃鋼壓力容器安全檢測聲發(fā)射對金屬及玻璃鋼壓力容器安全檢測) Cryogenic Vessel Testing(聲發(fā)射應(yīng)用于低溫容器檢測聲發(fā)射應(yīng)用于低溫容器檢測) Sphere Testing(聲發(fā)射對球罐的檢測）聲發(fā)射對球罐的檢測） Storage Tank Integrate Verification(聲發(fā)射對儲罐完整性的檢測聲發(fā)射對儲罐完整性的檢測) Tank Bottom Condition Assessment(聲發(fā)射對罐底狀況的評價聲發(fā)射對罐底狀況的評價) Quantitative Gas Valve Leak Detection (聲發(fā)射對氣體閥門泄漏定量檢測聲發(fā)射對氣體閥門泄

13、漏定量檢測) Tube Trailer Testing Rail Road Tank Car Testing(聲發(fā)射對鐵路罐車的檢測）聲發(fā)射對鐵路罐車的檢測） Corrosion Detection(聲發(fā)射腐蝕檢測聲發(fā)射腐蝕檢測) Buried Pipeline Leak Detection(聲發(fā)射對埋地管道檢測聲發(fā)射對埋地管道檢測) Concrete Testing(聲發(fā)射對混凝土檢測聲發(fā)射對混凝土檢測) Rock Testing(聲發(fā)射對巖石檢測聲發(fā)射對巖石檢測) Bridge and Infrastructure Testing(聲發(fā)射對橋梁及地基檢測聲發(fā)射對橋梁及地基檢測) Parti

14、al Discharge Detection of Transformers and Gas Insulated Station (聲發(fā)射應(yīng)用于變壓器及聲發(fā)射應(yīng)用于變壓器及 GIS局部放電檢測局部放電檢測) Power Plant Steam Pipeline and Boiler Leak Detection(聲發(fā)射對電站蒸氣管道及鍋爐泄漏的檢測聲發(fā)射對電站蒸氣管道及鍋爐泄漏的檢測) Aerial Lifting Device Testing(聲發(fā)射對吊車設(shè)備檢測聲發(fā)射對吊車設(shè)備檢測) Aging Aircraft Testing(聲發(fā)射對老化飛機(jī)結(jié)構(gòu)的檢測聲發(fā)射對老化飛機(jī)結(jié)構(gòu)的檢測) Ai

15、rcraft & Aerospace Structure and Fatigue Testing (聲發(fā)射應(yīng)用于飛機(jī)及宇航結(jié)構(gòu)疲勞檢測聲發(fā)射應(yīng)用于飛機(jī)及宇航結(jié)構(gòu)疲勞檢測) Hard Disk Drive Contact Start/Stop Testing(聲發(fā)射用于硬盤驅(qū)動器檢測聲發(fā)射用于硬盤驅(qū)動器檢測) Tool Wear and Tool Breakage Detection (聲發(fā)射對工具磨損及斷裂監(jiān)測聲發(fā)射對工具磨損及斷裂監(jiān)測) Welding Processing Monitoring(聲發(fā)射在焊接過程監(jiān)測聲發(fā)射在焊接過程監(jiān)測) Bearing and Gear Condition

16、 Monitoring(聲發(fā)射對軸承及齒輪的監(jiān)測聲發(fā)射對軸承及齒輪的監(jiān)測) Process Diagnosis(聲發(fā)射用于過程診斷聲發(fā)射用于過程診斷) l北京聲華興業(yè)科技有限公司是專業(yè)的無損檢測儀器生產(chǎn)商。公司北京聲華興業(yè)科技有限公司是專業(yè)的無損檢測儀器生產(chǎn)商。公司 從事聲發(fā)射檢測儀、管道泄漏檢測儀、超聲波探傷儀、超聲波測從事聲發(fā)射檢測儀、管道泄漏檢測儀、超聲波探傷儀、超聲波測 厚儀，超聲波液位計等聲學(xué)測試儀器的研發(fā)、生產(chǎn)和技術(shù)應(yīng)用服厚儀，超聲波液位計等聲學(xué)測試儀器的研發(fā)、生產(chǎn)和技術(shù)應(yīng)用服 務(wù)。本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于壓力容器、機(jī)械加工、隧道橋務(wù)。本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于壓力容器、機(jī)械加工

17、、隧道橋 梁、礦山設(shè)備、各種材料斷裂等方面的無損檢測和測試。梁、礦山設(shè)備、各種材料斷裂等方面的無損檢測和測試。 l 北京聲華興業(yè)科技有限公司于北京聲華興業(yè)科技有限公司于2007年自主研發(fā)出年自主研發(fā)出USB2.0接口接口 的多通道聲發(fā)射檢測儀，并于當(dāng)年在美國加州第六屆世界聲發(fā)射的多通道聲發(fā)射檢測儀，并于當(dāng)年在美國加州第六屆世界聲發(fā)射 會議和第十五屆美國聲發(fā)射會議上發(fā)布世界上第一臺多通道會議和第十五屆美國聲發(fā)射會議上發(fā)布世界上第一臺多通道 USB2.0接口的聲發(fā)射檢測儀產(chǎn)品。自接口的聲發(fā)射檢測儀產(chǎn)品。自1998年聲華科技研發(fā)出第一年聲華科技研發(fā)出第一 臺臺PCI多通道數(shù)字聲發(fā)射系統(tǒng)多通道數(shù)字聲發(fā)

18、射系統(tǒng)E98至今，我們從未停止過對于聲至今，我們從未停止過對于聲 發(fā)射前沿技術(shù)研究和產(chǎn)品創(chuàng)新的追求。發(fā)射前沿技術(shù)研究和產(chǎn)品創(chuàng)新的追求。 l 北京聲華興業(yè)科技有限公司于北京聲華興業(yè)科技有限公司于2006年自主研發(fā)出第一代超聲年自主研發(fā)出第一代超聲 波測厚儀，目前已經(jīng)擁有穿透涂層功能的超聲波測厚儀、高精度波測厚儀，目前已經(jīng)擁有穿透涂層功能的超聲波測厚儀、高精度 大量程超聲波測厚儀等系列各型號的超聲波測厚儀產(chǎn)品。大量程超聲波測厚儀等系列各型號的超聲波測厚儀產(chǎn)品。 l 北京聲華興業(yè)科技有限公司于北京聲華興業(yè)科技有限公司于2008年開發(fā)出第一代年開發(fā)出第一代SUFD1型型 超聲波探傷儀，目前已經(jīng)擁有超聲

19、波探傷儀，目前已經(jīng)擁有2個系列個系列6各型號的超聲波探傷儀。各型號的超聲波探傷儀。 l 北京聲華興業(yè)科技有限公司于北京聲華興業(yè)科技有限公司于2009年年5月研制成功管道泄漏月研制成功管道泄漏 檢測定位系統(tǒng)，目前產(chǎn)品分為用于現(xiàn)場快速定位的管道泄漏檢測檢測定位系統(tǒng)，目前產(chǎn)品分為用于現(xiàn)場快速定位的管道泄漏檢測 儀，以及管網(wǎng)在線長期監(jiān)測用途的管道泄漏檢測系統(tǒng)。儀，以及管網(wǎng)在線長期監(jiān)測用途的管道泄漏檢測系統(tǒng)。 （1）聲發(fā)射是一種動態(tài)檢驗方法，聲發(fā)射探測到的能量來自被）聲發(fā)射是一種動態(tài)檢驗方法，聲發(fā)射探測到的能量來自被 測試物體本身，而不是象超聲或射線探傷方法一樣由無損檢測測試物體本身，而不是象超聲或射線

20、探傷方法一樣由無損檢測 儀器提供；儀器提供； （2）在一次試驗過程中，聲發(fā)射檢驗?zāi)軌蛘w探測和評價整個）在一次試驗過程中，聲發(fā)射檢驗?zāi)軌蛘w探測和評價整個 結(jié)構(gòu)中活性缺陷的狀態(tài)；結(jié)構(gòu)中活性缺陷的狀態(tài)； （3）由于對構(gòu)件的幾何形狀不敏感，而適于檢測其它方法受到）由于對構(gòu)件的幾何形狀不敏感，而適于檢測其它方法受到 限制的形狀復(fù)雜的構(gòu)件。限制的形狀復(fù)雜的構(gòu)件。 （4）可提供活性缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實）可提供活性缺陷隨載荷、時間、溫度等外變量而變化的實 時或連續(xù)信息，因而適用于工業(yè)過程在線監(jiān)控及早期或臨近破時或連續(xù)信息，因而適用于工業(yè)過程在線監(jiān)控及早期或臨近破 壞預(yù)報；壞預(yù)報； （5

21、）由于對被檢件的接近要求不高，而適于其它方法難于或不）由于對被檢件的接近要求不高，而適于其它方法難于或不 能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及極毒 等環(huán)境；等環(huán)境； 聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點聲發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點 (1) (1) 聲發(fā)射特性對材料敏感，又易受到機(jī)電噪聲的干聲發(fā)射特性對材料敏感，又易受到機(jī)電噪聲的干 擾，對數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)擾，對數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn) 場檢測經(jīng)驗；場檢測經(jīng)驗； (2) (2) 聲發(fā)射檢測一般需要適當(dāng)?shù)募虞d程序。多數(shù)情況聲發(fā)射檢測一般需要適當(dāng)?shù)募虞d程序。多數(shù)情況 下，可利用現(xiàn)

22、成的加載條件，但還需要特作準(zhǔn)備；下，可利用現(xiàn)成的加載條件，但還需要特作準(zhǔn)備； (3)(3)由于聲發(fā)射的不可逆性，實驗過程的聲發(fā)射信號由于聲發(fā)射的不可逆性，實驗過程的聲發(fā)射信號 不可能通過多次加載重復(fù)獲得，因此，每次檢測過不可能通過多次加載重復(fù)獲得，因此，每次檢測過 程的信號獲取是非常寶貴的，不可因人為疏忽而造程的信號獲取是非常寶貴的，不可因人為疏忽而造 成寶貴數(shù)據(jù)的丟失。成寶貴數(shù)據(jù)的丟失。 聲發(fā)射技術(shù)的局限聲發(fā)射技術(shù)的局限 概述概述 聲發(fā)射的理論基礎(chǔ)聲發(fā)射的理論基礎(chǔ) 聲發(fā)射信號的檢測與分析聲發(fā)射信號的檢測與分析 聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 聲發(fā)射

23、波的傳播聲發(fā)射波的傳播 聲發(fā)射波的衰減聲發(fā)射波的衰減 凱撒效應(yīng)凱撒效應(yīng) 費利西蒂效應(yīng)費利西蒂效應(yīng) 聲發(fā)射的理論基礎(chǔ)聲發(fā)射的理論基礎(chǔ) 聲發(fā)射波的傳播形式：聲發(fā)射波的傳播形式： l縱波縱波 l橫波橫波 l表面波（瑞利波）表面波（瑞利波） l板波（板波（在板厚與波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ牟ǎ┰诎搴衽c波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ牟ǎ?聲發(fā)射波的傳播聲發(fā)射波的傳播 半無限體自由表面半無限體自由表面：（如薄板）如薄板） 在固體介質(zhì)中，聲發(fā)射源處同時產(chǎn)生縱波和橫波兩種傳播模式。在固體介質(zhì)中，聲發(fā)射源處同時產(chǎn)生縱波和橫波兩種傳播模式。 它們傳播到不同材料界面時，可產(chǎn)生反射、折射和模式轉(zhuǎn)換。它們傳播到不同材料界面時，可產(chǎn)

24、生反射、折射和模式轉(zhuǎn)換。 兩種入射波除各自產(chǎn)生反射（或折射）縱波與橫波外，在半無限兩種入射波除各自產(chǎn)生反射（或折射）縱波與橫波外，在半無限 體自由表面上，一定的條件下還可轉(zhuǎn)換成表面波，厚度接近波長的體自由表面上，一定的條件下還可轉(zhuǎn)換成表面波，厚度接近波長的 薄板中又會發(fā)生板波。薄板中又會發(fā)生板波。 O-O-波源波源 L-L-縱波縱波 S-S-橫波橫波 R-R-表面波表面波 聲發(fā)射波的傳播聲發(fā)射波的傳播 在實際的聲發(fā)射應(yīng)用中，能夠把檢測對象看做無限大介質(zhì)的在實際的聲發(fā)射應(yīng)用中，能夠把檢測對象看做無限大介質(zhì)的 情況不多，經(jīng)常遇到的是像高壓容器那樣的厚鋼板，波在這種介情況不多，經(jīng)常遇到的是像高壓容器

25、那樣的厚鋼板，波在這種介 質(zhì)傳播過程中在兩個界面上發(fā)生多次反射，每次反射都要發(fā)生模質(zhì)傳播過程中在兩個界面上發(fā)生多次反射，每次反射都要發(fā)生模 式轉(zhuǎn)換。這樣傳播的波稱為循軌波。式轉(zhuǎn)換。這樣傳播的波稱為循軌波。 具有一定厚度的材料：具有一定厚度的材料： O-O-波源波源 L-L-縱波縱波 S-S-橫波橫波 R-R-表面波表面波 聲發(fā)射波的傳播聲發(fā)射波的傳播 衰減就是信號的衰減就是信號的 幅值隨著離開聲源距幅值隨著離開聲源距 離的增加而減小。衰離的增加而減小。衰 減控制了聲源距離的減控制了聲源距離的 可檢測性?？蓹z測性。 壓力容器衰減曲線壓力容器衰減曲線 聲發(fā)射波的頻率越聲發(fā)射波的頻率越 高，則衰減越

26、嚴(yán)重高，則衰減越嚴(yán)重 聲發(fā)射波的衰減聲發(fā)射波的衰減 引起聲發(fā)射波衰減的原因：引起聲發(fā)射波衰減的原因： l幾何擴(kuò)展衰減：由于聲發(fā)射波從波源向各個方向擴(kuò)展，從而隨幾何擴(kuò)展衰減：由于聲發(fā)射波從波源向各個方向擴(kuò)展，從而隨 傳播距離的增加，波陣面的面積逐漸擴(kuò)大使面積上的能量逐漸減傳播距離的增加，波陣面的面積逐漸擴(kuò)大使面積上的能量逐漸減 少，造成波的幅值下降。少，造成波的幅值下降。 l材料吸收衰減：波在介質(zhì)中傳播時，由于質(zhì)點間的內(nèi)摩擦和熱材料吸收衰減：波在介質(zhì)中傳播時，由于質(zhì)點間的內(nèi)摩擦和熱 傳導(dǎo)等因素，部分波的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱量等其他能量，使波的幅傳導(dǎo)等因素，部分波的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱量等其他能量，使波的幅

27、度隨傳播距離以指數(shù)式下降。度隨傳播距離以指數(shù)式下降。 l散射衰減：波在傳播過程中，遇到不均勻聲阻抗界面時，發(fā)生散射衰減：波在傳播過程中，遇到不均勻聲阻抗界面時，發(fā)生 波的不規(guī)則反射，使波源原傳播方向上的能量減少。粗晶、夾雜、波的不規(guī)則反射，使波源原傳播方向上的能量減少。粗晶、夾雜、 異相物、氣孔等是引起散射衰減的主要材質(zhì)因素。異相物、氣孔等是引起散射衰減的主要材質(zhì)因素。 聲發(fā)射波的衰減聲發(fā)射波的衰減 傳播衰減的大小，關(guān)系到每個傳感器可監(jiān)視的距離傳播衰減的大小，關(guān)系到每個傳感器可監(jiān)視的距離 范圍，在源定位中成為確定傳感器間距或工作頻率的關(guān)范圍，在源定位中成為確定傳感器間距或工作頻率的關(guān) 鍵因素。

28、在實際應(yīng)用中，為減少衰減的影響而常采取的鍵因素。在實際應(yīng)用中，為減少衰減的影響而常采取的 措施包括：減小傳感器間距。措施包括：減小傳感器間距。 聲發(fā)射波衰減的抑制：聲發(fā)射波衰減的抑制： 聲發(fā)射波的衰減聲發(fā)射波的衰減 凱賽爾效應(yīng)是德國學(xué)者凱賽爾在凱賽爾效應(yīng)是德國學(xué)者凱賽爾在19631963年研究金年研究金 屬聲發(fā)射特性時發(fā)現(xiàn)的。材料被重新加載期間，在屬聲發(fā)射特性時發(fā)現(xiàn)的。材料被重新加載期間，在 應(yīng)力值達(dá)到上次加載最大應(yīng)力之前不產(chǎn)生聲發(fā)射信應(yīng)力值達(dá)到上次加載最大應(yīng)力之前不產(chǎn)生聲發(fā)射信 號。多數(shù)金屬材料和巖石中，可觀察到明顯的凱賽號。多數(shù)金屬材料和巖石中，可觀察到明顯的凱賽 爾效應(yīng)。爾效應(yīng)。 凱賽爾

29、效應(yīng)凱賽爾效應(yīng) 在重復(fù)加載前，如產(chǎn)生新裂紋或其它可逆聲發(fā)射機(jī)制，凱賽爾在重復(fù)加載前，如產(chǎn)生新裂紋或其它可逆聲發(fā)射機(jī)制，凱賽爾 效應(yīng)則會消失。效應(yīng)則會消失。 材料重復(fù)加載時，重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷前發(fā)生明顯材料重復(fù)加載時，重復(fù)載荷到達(dá)原先所加最大載荷前發(fā)生明顯 聲發(fā)射的現(xiàn)象，稱為費利西蒂效應(yīng)，也可以認(rèn)為是反凱賽爾效應(yīng)。聲發(fā)射的現(xiàn)象，稱為費利西蒂效應(yīng)，也可以認(rèn)為是反凱賽爾效應(yīng)。 重復(fù)加載時的聲發(fā)射起始載荷重復(fù)加載時的聲發(fā)射起始載荷P1P1對原先最大載荷對原先最大載荷P2P2之比之比P1/P2,P1/P2, 稱為費利西蒂比。稱為費利西蒂比。 P2P1 費利西蒂效應(yīng)費利西蒂效應(yīng) P2P1 費利西

30、蒂比大于費利西蒂比大于1表示凱塞效應(yīng)成立，表示凱塞效應(yīng)成立， 而小于而小于1則表示費利西蒂效應(yīng)成立。則表示費利西蒂效應(yīng)成立。 費利西蒂比作為一種定量參數(shù)，較好費利西蒂比作為一種定量參數(shù)，較好 地反映材料中原先所受損傷或結(jié)構(gòu)缺陷地反映材料中原先所受損傷或結(jié)構(gòu)缺陷 的嚴(yán)重程度，已成為缺陷嚴(yán)重性的重要的嚴(yán)重程度，已成為缺陷嚴(yán)重性的重要 評定判據(jù)。評定判據(jù)。 一般情況下，費利西蒂比越小，表示一般情況下，費利西蒂比越小，表示 原先所受損傷或結(jié)構(gòu)缺陷越嚴(yán)重。樹脂原先所受損傷或結(jié)構(gòu)缺陷越嚴(yán)重。樹脂 基復(fù)合材料等粘彈性材料，由于具有應(yīng)基復(fù)合材料等粘彈性材料，由于具有應(yīng) 變對應(yīng)力的遲后效應(yīng)而使其應(yīng)用更為有變對應(yīng)

31、力的遲后效應(yīng)而使其應(yīng)用更為有 效。效。 在一些復(fù)合材料構(gòu)件中，費利西蒂比在一些復(fù)合材料構(gòu)件中，費利西蒂比 小于小于0.95作為聲發(fā)射源超標(biāo)的重要判據(jù)。作為聲發(fā)射源超標(biāo)的重要判據(jù)。 費利西蒂比費利西蒂比 = P1 / P2 費利西蒂效應(yīng)費利西蒂效應(yīng) 概述概述 聲發(fā)射的理論基礎(chǔ)聲發(fā)射的理論基礎(chǔ) 聲發(fā)射信號的檢測與分析聲發(fā)射信號的檢測與分析 聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 分析研究分析研究 聲發(fā)射源聲發(fā)射源材料中傳播材料中傳播 傳感器耦合傳感器耦合 傳感器傳感器 前置放大器前置放大器 聲發(fā)射采集聲發(fā)射采集信號處理信號處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示 聲發(fā)射檢測的基本原

32、理是由外部條件聲發(fā)射檢測的基本原理是由外部條件( (力、熱、電、磁等力、熱、電、磁等) ) 的作用而使物體產(chǎn)生并發(fā)射聲信號，接收這些信號，加以處的作用而使物體產(chǎn)生并發(fā)射聲信號，接收這些信號，加以處 理，分析和研究，推斷材料內(nèi)部狀態(tài)或缺陷性質(zhì)和狀態(tài)變化理，分析和研究，推斷材料內(nèi)部狀態(tài)或缺陷性質(zhì)和狀態(tài)變化 的信息。的信息。 聲發(fā)射檢測的基本原理：聲發(fā)射檢測的基本原理： 聲發(fā)射的檢測聲發(fā)射的檢測 傳感器分類：傳感器分類： 光學(xué)型光學(xué)型 電容型電容型 壓電型壓電型諧振式（單端諧振型）諧振式（單端諧振型） 寬頻帶式寬頻帶式 錐型式錐型式 高溫式高溫式 前方內(nèi)置式前方內(nèi)置式 空氣耦合式空氣耦合式 可轉(zhuǎn)動式

33、可轉(zhuǎn)動式 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器分類分類 某些晶體受力產(chǎn)生變形時，其表面出現(xiàn)電荷，而某些晶體受力產(chǎn)生變形時，其表面出現(xiàn)電荷，而 又在電場的作用下，晶片發(fā)生彈性變形，這種現(xiàn)象稱又在電場的作用下，晶片發(fā)生彈性變形，這種現(xiàn)象稱 為壓電效應(yīng)。為壓電效應(yīng)。 常用聲發(fā)射傳感器的工作原理，基于晶體元件的常用聲發(fā)射傳感器的工作原理，基于晶體元件的 壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波引起的被檢件表面振動轉(zhuǎn)換為壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波引起的被檢件表面振動轉(zhuǎn)換為 電壓信號，送入信號處理器，完成信號處理過程。電壓信號，送入信號處理器，完成信號處理過程。 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器原理原理 單端諧振式單端諧振式AE傳感器傳感器 l 聲發(fā)

34、射傳感器一般由殼體、保護(hù)膜、聲發(fā)射傳感器一般由殼體、保護(hù)膜、 壓電元件、連接導(dǎo)線及高頻插座組成。壓電元件、連接導(dǎo)線及高頻插座組成。 l 將壓電元件的負(fù)電極面用導(dǎo)電膠粘貼將壓電元件的負(fù)電極面用導(dǎo)電膠粘貼 在底座上，另一面焊出一根很細(xì)的引在底座上，另一面焊出一根很細(xì)的引 線與高頻插座的芯線連接，外殼接地。線與高頻插座的芯線連接，外殼接地。 l 壓電元件通常采用鋯鈦酸鉛陶瓷晶片，壓電元件通常采用鋯鈦酸鉛陶瓷晶片， 起到聲電轉(zhuǎn)換作用；壓電晶片兩表面起到聲電轉(zhuǎn)換作用；壓電晶片兩表面 鍍上銀膜，起到電極作用；保護(hù)膜起鍍上銀膜，起到電極作用；保護(hù)膜起 到保護(hù)晶片及傳感器與被檢體之間的到保護(hù)晶片及傳感器與被檢

35、體之間的 電絕緣作用，金屬外殼對電磁干擾起電絕緣作用，金屬外殼對電磁干擾起 著屏蔽作用。著屏蔽作用。 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器原理原理 傳感器的原則應(yīng)根據(jù)被檢測聲發(fā)射信號來確定。傳感器的原則應(yīng)根據(jù)被檢測聲發(fā)射信號來確定。 首先是了解檢測聲發(fā)射的頻率范圍和幅度范圍，然首先是了解檢測聲發(fā)射的頻率范圍和幅度范圍，然 后選擇對有效聲發(fā)射信號靈敏的傳感器。后選擇對有效聲發(fā)射信號靈敏的傳感器。 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器選擇選擇 利用耦合劑涂抹傳感器底部后，再通過磁座方式利用耦合劑涂抹傳感器底部后，再通過磁座方式 進(jìn)行安裝固定。進(jìn)行安裝固定。 使用耦合劑的原因：使用耦合劑的原因： 填充接觸面之間的微小空隙；

36、填充接觸面之間的微小空隙； 通過耦合劑的過渡作用，使傳感器與檢測面之間的通過耦合劑的過渡作用，使傳感器與檢測面之間的 聲阻抗差減小，從而減少能量在此界面的反射損失。聲阻抗差減小，從而減少能量在此界面的反射損失。 起到潤滑的作用，減少接觸面間的摩擦。起到潤滑的作用，減少接觸面間的摩擦。 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器安裝安裝 使用直徑為使用直徑為0.5mm的的HB或或2B鉛芯與構(gòu)件表面成鉛芯與構(gòu)件表面成30 夾角，鉛芯的伸長量為夾角，鉛芯的伸長量為2.5mm左右，鉛芯在距離傳感左右，鉛芯在距離傳感 器器30mm內(nèi)折斷，散點的幅值應(yīng)在內(nèi)折斷，散點的幅值應(yīng)在95dB左右。左右。 鉛芯常常需要折斷鉛芯常常需

37、要折斷34次。一根鉛芯開始的和最后的次。一根鉛芯開始的和最后的 幾次折斷不應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)。幾次折斷不應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)。 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器標(biāo)定標(biāo)定 （1）聲發(fā)射和振動傳感器）聲發(fā)射和振動傳感器工作原理工作原理的區(qū)別的區(qū)別 l 測量原理測量原理 n 聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射傳感器：壓電材料直接粘在金屬外殼壓電材料直接粘在金屬外殼 上，只要外殼微小變形上，只要外殼微小變形，在壓電材料檢測范在壓電材料檢測范 圍內(nèi)就能轉(zhuǎn)成電壓，所以信號的方向沒有關(guān)圍內(nèi)就能轉(zhuǎn)成電壓，所以信號的方向沒有關(guān) 系。系。 n 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器：殼體隨物體一起振動殼體隨物體一起振動， 具有加速度的質(zhì)量塊作用給壓電晶體一

38、個隨具有加速度的質(zhì)量塊作用給壓電晶體一個隨 加速度變化的力，壓電晶體輸出隨被測體加加速度變化的力，壓電晶體輸出隨被測體加 速度大小變化的電壓量。所以，電壓量與傳速度大小變化的電壓量。所以，電壓量與傳 感器的安裝位置相關(guān)。感器的安裝位置相關(guān)。 l 壓電材料壓電材料 n 聲發(fā)射聲發(fā)射壓電材料多為非金屬介電晶體，常用壓電材料多為非金屬介電晶體，常用 靈敏度高的鋯鈦酸鉛（靈敏度高的鋯鈦酸鉛（PZT-5）作為壓電材）作為壓電材 料。料。 n 壓電式加速度傳感器常用石英和壓電陶瓷作壓電式加速度傳感器常用石英和壓電陶瓷作 為壓電材料，其靈敏度不及鋯鈦酸鉛。為壓電材料，其靈敏度不及鋯鈦酸鉛。 聲發(fā)射檢測與振動

39、檢測的比較聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較 單端諧振式單端諧振式AE傳感器傳感器 壓電壓電式式振動振動傳感器傳感器 （1）聲發(fā)射和振動傳感器）聲發(fā)射和振動傳感器工作原理工作原理的區(qū)別的區(qū)別 l 兩種傳感器都是基于壓電效應(yīng)原理實現(xiàn)將被檢件的變化兩種傳感器都是基于壓電效應(yīng)原理實現(xiàn)將被檢件的變化 轉(zhuǎn)換成電壓信號。轉(zhuǎn)換成電壓信號。 l 由于聲發(fā)射傳感器相對振動傳感器使用更靈敏的壓電材由于聲發(fā)射傳感器相對振動傳感器使用更靈敏的壓電材 料、壓電晶體上沒有放置質(zhì)量塊，料、壓電晶體上沒有放置質(zhì)量塊， l 聲發(fā)射傳感器能測量更加微弱的信號聲發(fā)射傳感器能測量更加微弱的信號 l 聲發(fā)射傳感器的安裝沒有方向性。聲發(fā)射傳感器

40、的安裝沒有方向性。 聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較 （2）聲發(fā)射和振動信號源區(qū)別聲發(fā)射和振動信號源區(qū)別 l 聲發(fā)射是材料局部能量的快速釋放而發(fā)生瞬態(tài)聲發(fā)射是材料局部能量的快速釋放而發(fā)生瞬態(tài)應(yīng)力應(yīng)力波，波， 材料在應(yīng)力作用下的變形與裂紋擴(kuò)展是失效的重要機(jī)制，材料在應(yīng)力作用下的變形與裂紋擴(kuò)展是失效的重要機(jī)制， 這是傳統(tǒng)意義上或典型的聲發(fā)射源。這是傳統(tǒng)意義上或典型的聲發(fā)射源。 l 近年來，流體泄露、摩擦、撞擊等于變形和斷裂機(jī)制無近年來，流體泄露、摩擦、撞擊等于變形和斷裂機(jī)制無 直接關(guān)系的另一類彈性波源，也劃到聲發(fā)射源范疇，成直接關(guān)系的另一類彈性波源，也劃到聲發(fā)射源范疇，成 為其

41、他聲發(fā)射源或二次聲發(fā)射源。為其他聲發(fā)射源或二次聲發(fā)射源。 l 聲發(fā)射信號都是高頻信號，一般都在幾十千赫茲以上。聲發(fā)射信號都是高頻信號，一般都在幾十千赫茲以上。 l 振動信號是物體或質(zhì)點在其平衡位置附近所作的往復(fù)運振動信號是物體或質(zhì)點在其平衡位置附近所作的往復(fù)運 動所產(chǎn)生的信號動所產(chǎn)生的信號，一般只有幾十赫茲甚至更低。一般只有幾十赫茲甚至更低。 聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較 （3）聲發(fā)射相對振動的優(yōu)勢聲發(fā)射相對振動的優(yōu)勢 l 聲發(fā)射技術(shù)可以用于低速、變速和非整周期旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)聲發(fā)射技術(shù)可以用于低速、變速和非整周期旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 的故障診斷。低速、變速和非整周期旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的振動的故障診

42、斷。低速、變速和非整周期旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的振動 信號通過振動分析方法無法找到故障頻率，從而無法信號通過振動分析方法無法找到故障頻率，從而無法 評價機(jī)構(gòu)的運行狀態(tài)，但可以利用聲發(fā)射信號的特征評價機(jī)構(gòu)的運行狀態(tài)，但可以利用聲發(fā)射信號的特征 參數(shù)分析方法分析并預(yù)測機(jī)構(gòu)的運行狀態(tài)。參數(shù)分析方法分析并預(yù)測機(jī)構(gòu)的運行狀態(tài)。 l 聲發(fā)射檢測技術(shù)能發(fā)現(xiàn)早期故障。由于聲發(fā)射傳感器聲發(fā)射檢測技術(shù)能發(fā)現(xiàn)早期故障。由于聲發(fā)射傳感器 能接收到更加微弱的信號，同時聲發(fā)射信號的高頻特能接收到更加微弱的信號，同時聲發(fā)射信號的高頻特 性，排除了很多環(huán)境噪聲，使得聲發(fā)射能比振動更早性，排除了很多環(huán)境噪聲，使得聲發(fā)射能比振動更早 的發(fā)現(xiàn)故

43、障。的發(fā)現(xiàn)故障。 聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較 （3）聲發(fā)射相對振動的優(yōu)勢聲發(fā)射相對振動的優(yōu)勢 l 聲發(fā)射在潤滑脂污染檢測中比振動更有效。聲發(fā)射利用聲發(fā)射在潤滑脂污染檢測中比振動更有效。聲發(fā)射利用 幅值檢測污染，存在污染時幅值變化很大，而振動信號幅值檢測污染，存在污染時幅值變化很大，而振動信號 對污染變化很小。同種工況下，聲發(fā)射比振動更有效。對污染變化很小。同種工況下，聲發(fā)射比振動更有效。 l 轉(zhuǎn)子裂紋是比較嚴(yán)重的故障，通常使用振動分析的手段轉(zhuǎn)子裂紋是比較嚴(yán)重的故障，通常使用振動分析的手段 對其進(jìn)行診斷，但是振動分析方法對于轉(zhuǎn)子早期裂紋的對其進(jìn)行診斷，但是振動分析方法對

44、于轉(zhuǎn)子早期裂紋的 檢測并不理想。倘若轉(zhuǎn)子產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展，則產(chǎn)生檢測并不理想。倘若轉(zhuǎn)子產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展，則產(chǎn)生 聲發(fā)射信號，因此聲發(fā)射檢測方法被應(yīng)用到轉(zhuǎn)子聲發(fā)射信號，因此聲發(fā)射檢測方法被應(yīng)用到轉(zhuǎn)子早期早期裂裂 紋故障的檢測。紋故障的檢測。 聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較聲發(fā)射檢測與振動檢測的比較 聲發(fā)射信號類型聲發(fā)射信號類型 目前人為的將聲發(fā)射信號分為突發(fā)型和連續(xù)型。目前人為的將聲發(fā)射信號分為突發(fā)型和連續(xù)型。 如果大量的聲發(fā)射事件同時發(fā)生，且在時間上不可分辨，如果大量的聲發(fā)射事件同時發(fā)生，且在時間上不可分辨， 這些信號就叫做連續(xù)型聲發(fā)射信號。一般流體泄露，金屬塑這些信號就叫做連續(xù)型聲發(fā)射信號。

45、一般流體泄露，金屬塑 性變形等都是連續(xù)型信號。性變形等都是連續(xù)型信號。 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 撞擊計數(shù)撞擊計數(shù) 振鈴計數(shù)振鈴計數(shù) 幅度幅度 能量計數(shù)能量計數(shù) 上升時間上升時間 持續(xù)時間持續(xù)時間 有效值電平有效值電平 平均信號電平平均信號電平 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 撞擊：超過門檻并使某一個通撞擊：超過門檻并使某一個通 道獲取數(shù)據(jù)的任何信號稱之為道獲取數(shù)據(jù)的任何信號稱之為 一個撞擊。它反映了聲發(fā)射活一個撞擊。它反映了聲發(fā)射活 動的總量和頻度，常用于聲發(fā)動的總量和頻度，常用于聲發(fā) 射活動性評價。射活動性評價。 事件：同一個撞擊被多個通道事件：同一個撞擊被多個通道 同時檢測到并能進(jìn)行定

46、位同時檢測到并能進(jìn)行定位. . 計數(shù)：超過門檻信號的振蕩次計數(shù)：超過門檻信號的振蕩次 數(shù)，用于聲發(fā)射活動性評價。數(shù)，用于聲發(fā)射活動性評價。 0200400600800100012001400160018002000 0 50 100 150 200 250 300 as-recieved TBCs AE event cout/N Loading time/s 事件計數(shù)的大小反映了事件計數(shù)的大小反映了 與材料內(nèi)部損傷、斷裂與材料內(nèi)部損傷、斷裂 源的多少有關(guān)。源的多少有關(guān)。 事件計數(shù)率事件計數(shù)率 （單位時間事件計數(shù)）（單位時間事件計數(shù)） 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 參數(shù)參數(shù)含義含義特點和用途特點

47、和用途 撞擊和撞擊撞擊和撞擊 計數(shù)計數(shù) 超過門檻并使某一通道獲取數(shù)超過門檻并使某一通道獲取數(shù) 據(jù)的任何信號稱之為一個撞擊。據(jù)的任何信號稱之為一個撞擊。 所測得的撞擊個數(shù)，可分為總所測得的撞擊個數(shù)，可分為總 計數(shù)、計數(shù)率計數(shù)、計數(shù)率 反映聲發(fā)射活動的總量和頻度，反映聲發(fā)射活動的總量和頻度， 常用于聲發(fā)射活動性評價常用于聲發(fā)射活動性評價 事件計數(shù)事件計數(shù) 產(chǎn)生聲發(fā)射的一次材料局部變產(chǎn)生聲發(fā)射的一次材料局部變 化稱之為一個聲發(fā)射事件?？苫Q之為一個聲發(fā)射事件?？?分為總計數(shù)、計數(shù)率。分為總計數(shù)、計數(shù)率。 反映聲發(fā)射事件的總量和頻度，反映聲發(fā)射事件的總量和頻度， 用于源的活動性和定位集中度評用于源的活

48、動性和定位集中度評 價，與材料內(nèi)部損傷、斷裂源的價，與材料內(nèi)部損傷、斷裂源的 多少有關(guān)多少有關(guān) 幅度幅度 信號波形的最大振幅值，通常信號波形的最大振幅值，通常 用用dBaedBae表示（傳感器輸出表示（傳感器輸出1 1V V 為為0dB0dB） 與事件大小有直接的關(guān)系，直接與事件大小有直接的關(guān)系，直接 決定事件的可測性，常用于波源決定事件的可測性，常用于波源 的類型鑒別、強(qiáng)度及衰減的測量的類型鑒別、強(qiáng)度及衰減的測量 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 參數(shù)參數(shù)含義含義特點和用途特點和用途 能量計數(shù)能量計數(shù) 信號檢波包絡(luò)線下的面積，信號檢波包絡(luò)線下的面積， 可分為總計數(shù)和計數(shù)率可分為總計數(shù)和計數(shù)率 反

49、映事件的相對能量或強(qiáng)度。對門反映事件的相對能量或強(qiáng)度。對門 檻、工作頻率和傳播特性不甚敏感，檻、工作頻率和傳播特性不甚敏感， 可取代振鈴計數(shù)，也用于波源的類可取代振鈴計數(shù)，也用于波源的類 型鑒別型鑒別 振鈴計數(shù)振鈴計數(shù) 當(dāng)一個事件撞擊傳感器時，當(dāng)一個事件撞擊傳感器時， 使傳感器產(chǎn)生振鈴。越過門使傳感器產(chǎn)生振鈴。越過門 檻信號的振蕩次數(shù)，可分為檻信號的振蕩次數(shù)，可分為 總計數(shù)和計數(shù)率總計數(shù)和計數(shù)率 信號處理簡便，適于兩類信號，又信號處理簡便，適于兩類信號，又 能粗略反映信號強(qiáng)度和頻度，因而能粗略反映信號強(qiáng)度和頻度，因而 廣泛用于聲發(fā)射活動性評價，但受廣泛用于聲發(fā)射活動性評價，但受 門檻值大小的影

50、響門檻值大小的影響 持續(xù)時間持續(xù)時間 信號第一次越過門檻至最終信號第一次越過門檻至最終 降至門檻所經(jīng)歷的時間間隔，降至門檻所經(jīng)歷的時間間隔， 以以s s表示表示 與振鈴計數(shù)十分相似，但常用于特與振鈴計數(shù)十分相似，但常用于特 殊波源類型和噪聲的鑒別殊波源類型和噪聲的鑒別 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 參數(shù)參數(shù)含義含義特點和用途特點和用途 上升時間上升時間 信號第一次越過門檻至最信號第一次越過門檻至最 大振幅所經(jīng)歷的時間間隔，大振幅所經(jīng)歷的時間間隔， 以以s s表示表示 因受傳播的影響而其物理意義變得因受傳播的影響而其物理意義變得 不明確，有時用于機(jī)電噪聲鑒別不明確，有時用于機(jī)電噪聲鑒別 有效值電

51、壓有效值電壓采樣時間內(nèi)，信號的均方采樣時間內(nèi)，信號的均方 根值，以根值，以V V表示表示 與聲發(fā)射的大小有關(guān)，測量簡便，與聲發(fā)射的大小有關(guān)，測量簡便， 不受門檻的影響，適用于連續(xù)型信不受門檻的影響，適用于連續(xù)型信 號，主要用于連續(xù)型聲發(fā)射活動性號，主要用于連續(xù)型聲發(fā)射活動性 評價評價 平均信號電平平均信號電平采樣時間內(nèi)，信號電平的采樣時間內(nèi)，信號電平的 均值，以均值，以DbDb表示表示 提供的信息和用途與提供的信息和用途與RMSRMS相似，對幅相似，對幅 度動態(tài)范圍要求高而時間分辯率要度動態(tài)范圍要求高而時間分辯率要 求不高的連續(xù)型信號，尤為有用。求不高的連續(xù)型信號，尤為有用。 也用于背景噪聲水

52、平的測量也用于背景噪聲水平的測量 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 聲發(fā)射源定位聲發(fā)射源定位 為了在固體材料表面某一范圍測量出缺陷的位置，可為了在固體材料表面某一范圍測量出缺陷的位置，可 以將幾個壓電傳感器按一定的幾何關(guān)系放置在固定點上，以將幾個壓電傳感器按一定的幾何關(guān)系放置在固定點上， 組成傳感器陣組成傳感器陣 在檢測過程中可以根據(jù)各個聲發(fā)射傳感器檢測到的聲在檢測過程中可以根據(jù)各個聲發(fā)射傳感器檢測到的聲 發(fā)射信號的特征參數(shù)來確定或計算聲發(fā)射源的位置。發(fā)射信號的特征參數(shù)來確定或計算聲發(fā)射源的位置。 聲發(fā)射源的定位，需由多通道聲發(fā)射儀器來實現(xiàn)，也聲發(fā)射源的定位，需由多通道聲發(fā)射儀器來實現(xiàn)，也 是多通

53、道聲發(fā)射儀最重要的功能之一。是多通道聲發(fā)射儀最重要的功能之一。 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 連續(xù)信號源定位，主要用于壓力泄露源的定位，連續(xù)信號源定位，主要用于壓力泄露源的定位， 這里我們著重討論突發(fā)信號定位。這里我們著重討論突發(fā)信號定位。 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 聲發(fā)射源定位聲發(fā)射源定位 區(qū)域定位：區(qū)域定位：是一種處理速度快、簡便而又粗略的定是一種處理速度快、簡便而又粗略的定 位方式，主要用于復(fù)合材料等由于聲發(fā)射頻度過高或位方式，主要用于復(fù)合材料等由于聲發(fā)射頻度過高或 傳播衰減過大或檢測通道數(shù)有限而難以采用時差定位傳播衰減過大或檢測通道數(shù)有限而難以采用時差定位 的場合。的場合。 區(qū)域定

54、位主要包含兩種方式：區(qū)域定位主要包含兩種方式： 1.1.獨立通道定位方式獨立通道定位方式 2.2.按信號到達(dá)順序定位按信號到達(dá)順序定位 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析 聲發(fā)射源定位聲發(fā)射源定位 時差定位時差定位 當(dāng)用兩個或多個傳感器進(jìn)行聲發(fā)射檢測時當(dāng)用兩個或多個傳感器進(jìn)行聲發(fā)射檢測時, ,各傳感器接各傳感器接 收到來自聲發(fā)射源的時間是不一樣的，所以可以通過收到來自聲發(fā)射源的時間是不一樣的，所以可以通過 時差時差 確定出聲發(fā)射源的位置。確定出聲發(fā)射源的位置。 常用時差定位方法：常用時差定位方法： 1. 1. 線定位線定位 2. 2. 平面定位平面定位 3. 3. 三維立體定位三維立體定位 聲發(fā)射信

55、號分析聲發(fā)射信號分析 聲發(fā)射源定位聲發(fā)射源定位 線定位線定位 t1t2 當(dāng)被檢測物體的長度與半徑之比非常大時，易采用線定當(dāng)被檢測物體的長度與半徑之比非常大時，易采用線定 位進(jìn)行聲發(fā)射檢測，如管道、棒材、鋼梁等。位進(jìn)行聲發(fā)射檢測，如管道、棒材、鋼梁等。 時差線定位至少需要兩個聲發(fā)射探頭，到達(dá)時差線定位至少需要兩個聲發(fā)射探頭，到達(dá) 1 1號探頭的號探頭的 時間為時間為t1t1，到達(dá)，到達(dá)2 2號探頭的時間為號探頭的時間為t2t2，因此，該信號到達(dá)兩，因此，該信號到達(dá)兩 個探頭之間的時差為：個探頭之間的時差為： t = t2t = t2t1t1，如以，如以D D表示兩個探表示兩個探 頭之間的距離，以

56、頭之間的距離，以V V表示聲波在試樣中的傳播速度，則聲發(fā)表示聲波在試樣中的傳播速度，則聲發(fā) 射源距射源距1 1號探頭的距離號探頭的距離d d可由下式得出：可由下式得出： 12 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析-時差定位時差定位 D d 二維定位至少需要三個傳感器和兩組時差，但為得到單二維定位至少需要三個傳感器和兩組時差，但為得到單 一解一般需要四個傳感器三組時差。一解一般需要四個傳感器三組時差。 傳感器陣列可以任意選擇，但為運算簡便，常采用簡單傳感器陣列可以任意選擇，但為運算簡便，常采用簡單 陣列形式，如方形、菱形等。就原理而言，波源的位置均陣列形式，如方形、菱形等。就原理而言，波源的位置均 為兩

57、組或三組雙曲線的交點確定。為兩組或三組雙曲線的交點確定。 2. 2. 平面定位平面定位 32 1 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析-時差定位時差定位 3. 3. 三維立體定位三維立體定位 三維立體定至少需要三維立體定至少需要4 4個傳感器。個傳感器。 建立一個三維的坐標(biāo)系，以四只傳感器中建立一個三維的坐標(biāo)系，以四只傳感器中T2T2為基準(zhǔn)，測為基準(zhǔn)，測 量其它三只傳感器與基準(zhǔn)信號的時間差。量其它三只傳感器與基準(zhǔn)信號的時間差。 假設(shè)聲發(fā)射信號在該三維空間的傳播速度已知為恒定值。假設(shè)聲發(fā)射信號在該三維空間的傳播速度已知為恒定值。 根據(jù)空間的幾何關(guān)系列方程得出聲源到各個傳感器的距離根據(jù)空間的幾何關(guān)系列方程

58、得出聲源到各個傳感器的距離 差，進(jìn)而計算出聲源的相對空間坐標(biāo)。差，進(jìn)而計算出聲源的相對空間坐標(biāo)。 三維定位用于混凝土結(jié)構(gòu)、巖石大三維定位用于混凝土結(jié)構(gòu)、巖石大 型變壓器局部放電檢測。型變壓器局部放電檢測。 聲發(fā)射信號分析聲發(fā)射信號分析-時差定位時差定位 概述概述 聲發(fā)射的理論基礎(chǔ)聲發(fā)射的理論基礎(chǔ) 聲發(fā)射信號的檢測與分析聲發(fā)射信號的檢測與分析 聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用聲發(fā)射在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 振動測量在設(shè)備故障診斷中應(yīng)用最為廣泛。振動測量在設(shè)備故障診斷中應(yīng)用最為廣泛。 聲發(fā)射傳感器可以檢測到材料表面聲發(fā)射傳感器可以檢測到材料表面10-14m的微小振動。的微小振動。 聲發(fā)

59、射檢測到的也是一種振動信號聲發(fā)射檢測到的也是一種振動信號 1.4741.4761.4781.481.4821.4841.4861.488 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 B爐 左 通 道 2H 機(jī)械設(shè)備中的聲發(fā)射現(xiàn)象機(jī)械設(shè)備中的聲發(fā)射現(xiàn)象 運動副間的接觸并發(fā)生相對運動而產(chǎn)生聲發(fā)射運動副間的接觸并發(fā)生相對運動而產(chǎn)生聲發(fā)射 滾動體與保持架、內(nèi)圈、外圈發(fā)生摩擦滾動體與保持架、內(nèi)圈、外圈發(fā)生摩擦/撞擊產(chǎn)生聲發(fā)射撞擊產(chǎn)生聲發(fā)射 軸承的潤滑不良會產(chǎn)生聲發(fā)射軸承的潤滑不良會產(chǎn)生聲發(fā)射 軸承受外力作用產(chǎn)生聲發(fā)射軸承受外力作用產(chǎn)生聲發(fā)射 軸承：軸承： 機(jī)械設(shè)備中的聲發(fā)

60、射現(xiàn)象機(jī)械設(shè)備中的聲發(fā)射現(xiàn)象 新新5#高爐上料主皮帶軸承檢測高爐上料主皮帶軸承檢測 南傳動輥南傳動輥 穿帶輥穿帶輥增面輥增面輥 北傳動輥北傳動輥 應(yīng)用（應(yīng)用（1）-軸承故障識別軸承故障識別 北傳動西側(cè)軸承北傳動西側(cè)軸承 應(yīng)用（應(yīng)用（1）-軸承故障識別軸承故障識別 穿帶輥西側(cè)軸承穿帶輥西側(cè)軸承 應(yīng)用（應(yīng)用（1）-軸承故障識別軸承故障識別 應(yīng)用（應(yīng)用（1）-軸承故障識別軸承故障識別 低速重載設(shè)備：轉(zhuǎn)爐低速重載設(shè)備：轉(zhuǎn)爐250t，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速1r/min 軸向布置軸向布置8個個AE傳感器傳感器 空爐搖爐：空爐搖爐：0180，1800，0-180，-1800 現(xiàn)場照片現(xiàn)場照片傳感器布置圖傳感器布置圖傾動