篇承壓檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)的研究

ADissertationinMachineDesignandResearchofAcousticEmissionTechnologyinDetectionofPeessureSpecialEqiopment Gong WenJune2006-I東東摘聲發(fā)射檢測(cè)作為一種新的無損檢測(cè)方法與其它常規(guī)無損檢測(cè)方法相比有其獨(dú)特的著的何檢獲取源聲技基于彈性波在時(shí)聲壓遵從指數(shù)衰減規(guī)律和第一次門檻時(shí)差技術(shù)比較成熟的現(xiàn)狀， 提出兩種聲發(fā)射源精確定位的方法——能量累積定位法和多探頭定位法，并對(duì)特種設(shè)備聲發(fā)射檢測(cè)中各種常見的探頭列陣從理論上求出了兩種定位方法的解析， 公。 利是由射流對(duì)微小擾動(dòng)的響應(yīng)引起的并沿壓力管道的一種含有多種頻率成分的應(yīng)力3.05～3.81kHz左右；對(duì)同一泄漏孔徑，噴射流速與信號(hào)的能量累計(jì)值基本符合指數(shù)關(guān)系Eavn。ResearchofacousticemissiontechnologyindetectionofpressurespecialequipmentAcousticemissiondetectioniscomprehensivelyappliedinsomefieldsasanewnondestructiveexaminationanditpossessesmorespecialmeritthanotherconventionalnondestructiveexaminations.Withthedevelopmentoftheindustry,itisimportanttogainoriginalinformationfromthedetectsignalofacousticemissioninordertoapplyacousticemissiontechnologytopressurespecialequipmentdetectionincommercial.Thetopicsignificantlyoccupiesthetheoreticmeanandapplicationmeritinfact.Inthispaper,theapplicationabouttheacousticemissiontechnologyinpressurevesselsafetydetectionandheadconduitleakagedetectionisintroduced.Twoprecisemethodsforacousticemissionsourcelocation-energycumulationlocationandmultiprobelocationareproposedbaseonthesoundpressureofelasticwavespropagationcomplyingwithexponentialdamruleandthematureofthefirstthresholdspanningtime-of-arrivallocationtechnology.Moreover,atheorysolutionofallcommonprobearrayforspecialequipmentacousticemissiondetectionisgained.Theyticformulaforsignalamplitudecorrectionfactorisgainedbyusingtherelationshipbetweenenergycumulationandsignaldampropertysoastojudgetheintensityoftheacousticemissionrapidlyandexactly.Thecomparisonofpartialprobearrayisconductedbetweenthetwolocationmethodsbyusingsimulativeacousticemissionsource.Itshowsthattwomethodsgivethebetterlocationprecisionintheexperimentcondition.Therelationshipbetweenacousticemissioncumulativeamountincracktipcreatingbythesticzoneanddefectdimensioniscomparedinsmallscaleyieldandlargeregionyieldbyusinglinearelastictheoryandelasticstictheory.Itconcludesthattheacousticemissioncumulativeamountinthesticzoneproportionstothepower ofthestressintensityfactor.AnewmethodabouttheapplicationofKaisereffectinjudgingthedefectionsourceisproposed.Andthisconclusionisprovedbythetensileacousticemissiondetectionexperimentofsinglenotchspecimen.Inthispaper,theformativemechanismoftheleakageacousticemissionsignalandthesignalspectrumpropertyandenergysummationareconductedbyestablishingthejetdisturbancemodelofheadconduitroundholeleakage.Andtheexperimentofheadconduitroundholeleakageacousticemissionisdonebywater.Theexperimentresultsaredealtbywaveformysis.Itshowsthattheacousticemissionsignaloftheheadconduitleakageiscreatedbythejetresponseforsmalldisturbanceanditpropagatesalongheadconduit.Itiscomposedbythestresswavecontainingmorefrequencycomponentsandpossesseswidefrequencyband,fromseveralHztoseveralthousands.Anditisrelatedtoliquidsurfacetension,density,fluctuateconstant,andsoon.Theexperimentresultsofcarbonsteelpipeshowfrequencydistributionpropertyishardlyinfluencedbyleakageapertureandthewholeflux.Mainfrequencydistributionis3.05~3.81Hz.Forthesameleakageaperture,jetvelocityofflowandsignalenergysummationcomplywiththeexponentialformulaEavn:acousticemission; pressurevessel; headconduit; 獨(dú)創(chuàng)性................................................................................................................................摘 第一章緒 選題的目的及意 聲發(fā)射概 聲發(fā)射發(fā)展歷 聲發(fā)射的來源與機(jī) 聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)與分 聲發(fā)射儀 聲發(fā)射信號(hào)的分析處 聲發(fā)射的應(yīng)用與發(fā)展方 聲發(fā)射檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和缺 聲發(fā)射的應(yīng)用領(lǐng) 聲發(fā)射的發(fā)展前景與待解決問 的主要研究工 第二章聲發(fā)射源的能量累計(jì)定位方 聲發(fā)射源的現(xiàn)行定位方法 突發(fā)型聲發(fā)射源的定位方 連續(xù)型聲發(fā)射源的定位方 一維能量累計(jì)定位方 聲發(fā)射信號(hào)的衰減特 突發(fā)型信號(hào)的定 連續(xù)型信號(hào)的定 平面能量累計(jì)定位方 平面正方形定 線性列陣平面定 偽定位的消 球面能量累計(jì)定位方 小直徑球面定 大直徑球面定 柱面能量累計(jì)定位方 多探頭定位方 一維多探頭定位方 平面多探頭定位方 球面多探頭定位方 柱面多探頭定位方 本章小 第三章壓力容器安全檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)的研 壓力容器檢測(cè)中的聲發(fā)射技術(shù)現(xiàn) 壓力容器上的聲發(fā)射信 聲發(fā)射信號(hào)的特性 聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器上的應(yīng)用現(xiàn) 聲源強(qiáng)度的修 線性列陣修正系數(shù)的計(jì) 平面列陣修正系數(shù)的計(jì) 裂紋參數(shù)對(duì)聲發(fā)射的影 裂紋尖端塑性區(qū)的面 聲發(fā)射累計(jì)數(shù)與裂紋的關(guān) 凱塞效應(yīng)的應(yīng) 凱塞效應(yīng)用于安全評(píng) 凱塞效應(yīng)用于判斷缺陷的來 本章小 第四章壓力管道泄漏中的聲發(fā)射技術(shù)研 管道泄漏中的聲發(fā)射概 泄漏聲發(fā)射機(jī)理與波動(dòng)描 泄漏聲發(fā)射的產(chǎn) 泄漏聲發(fā)射的波動(dòng)分 充液管道泄漏的孔嘴流速與聲發(fā)射能 孔嘴流速的計(jì) 泄漏聲發(fā)射的能 本章小 第五章實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用實(shí) 新型定位方法的實(shí)驗(yàn)測(cè) 實(shí)驗(yàn)儀器介 能量累計(jì)定位實(shí) 多探頭定位實(shí) 裂紋聲發(fā)射特性的實(shí)驗(yàn)測(cè) 應(yīng)用凱塞效應(yīng)判定缺陷來歷的實(shí)用案 泄漏聲發(fā)射信號(hào)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分 實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分 本章小 第六章結(jié)論與展 參考文 致 攻讀博 期間的學(xué)術(shù) 攻讀博 期間所獲..............................................................................................作者學(xué)習(xí)簡(jiǎn) 第一章緒論承壓特種設(shè)備主要包括壓力容器和壓力管道，廣泛應(yīng)用于石油、化工、機(jī)械、食品、環(huán)保等各行各業(yè)，如在行業(yè)中80%以上設(shè)備都屬于承壓特種設(shè)備。由于承壓特種設(shè)備發(fā)生事故造成的和帶來的危害相對(duì)普通設(shè)備事故造成的影響要嚴(yán)重得多，故保障承壓特種設(shè)備的安全是工業(yè)生產(chǎn)中須重點(diǎn)考慮的問題之對(duì)承壓特種設(shè)備進(jìn)行定期檢測(cè)和安全檢測(cè)是保障承壓特種設(shè)備安全的主要手段之一。目前常用的無損檢測(cè)方法有超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、蝸流檢測(cè)及聲發(fā)射檢測(cè)等。其中新出現(xiàn)的聲發(fā)射檢測(cè)因具有能直接檢測(cè)缺陷的活性程度、能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與實(shí)時(shí)連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)而被越來越多的用于承壓特種設(shè)備的檢測(cè)，但由于聲發(fā)射源定位精度不夠高、檢測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)的處理較為，對(duì)如何剔除干擾信號(hào)和處理有效信號(hào)、的獲取源信息研究不足等缺點(diǎn)使聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到了一定程度的制約。因此，對(duì)承壓特種設(shè)備檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行研究，提高聲發(fā)射源定位精度和從檢測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)獲取的缺陷信息，材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用而產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射（AcousticEmission，簡(jiǎn)稱AE[1~2]。材料的塑性變形、材料中裂紋的發(fā)生與擴(kuò)展、材料的斷裂等都伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，一般地說，聲發(fā)射現(xiàn)象都具有以下兩個(gè)特征[3]：聲發(fā)射信號(hào)于材料內(nèi)部，是局部發(fā)生的非穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致的瞬態(tài)聲發(fā)射信號(hào)具有寬的頻率范圍，從幾赫茲到30兆赫茲（包括次聲頻、聲頻、超聲頻等，而其聲級(jí)卻較低。早在上世紀(jì)五十年代以前，人們對(duì)聲發(fā)射現(xiàn)象已有所觀察并將聲發(fā)射技術(shù)用于學(xué)的研究，通過對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的波進(jìn)行分析來推斷源的位置、地殼運(yùn)動(dòng)和破裂的特征等[1]。進(jìn)入五十年代后，人們對(duì)聲發(fā)射的研究開始擴(kuò)展到巖石以外的材料。在1950~1953年[4]，德國(guó)金屬物理學(xué)家Kaiser完成了常用工程材料的聲發(fā)射現(xiàn)象的首創(chuàng)性研究，將聲發(fā)射技術(shù)引入到金屬材料和金屬設(shè)備的應(yīng)用研究中，并證實(shí)金屬永久變形過程中伴隨有聲發(fā)射現(xiàn)象，且在此情況下聲發(fā)射是不可逆的（即Kaiser效應(yīng)）[5]。繼Kaiser之后，科學(xué)家Schofield、atro、Dunegan等人也對(duì)聲發(fā)射進(jìn)行了廣泛的研究[6~8]Schofield在聲發(fā)射源機(jī)理研究方面取得進(jìn)展，他認(rèn)為聲發(fā)射源自材料的內(nèi)部機(jī)制改變，發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射連續(xù)型信號(hào)對(duì)應(yīng)變速率敏感，來源于位錯(cuò)釘扎和交叉滑移；突發(fā)型信號(hào)與堆跺層錯(cuò)的形成和機(jī)械孿晶變形機(jī)構(gòu)有關(guān)；atro對(duì)鋁單晶體的研究表明，聲發(fā)射活動(dòng)性與位錯(cuò)的塞積和解脫有關(guān)，試樣表面的陽極化薄膜能改發(fā)射的頻譜；Dunegan等人對(duì)聲發(fā)射技術(shù)的研究領(lǐng)域作出了開拓，他們把聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)頻率從最初的聲頻范圍提高到100kHz~1MHz，初步克服了機(jī)械噪聲的干擾，為聲發(fā)射從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造了條件。進(jìn)入70年代后[3,9~11]，開始在聲發(fā)射技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域急起直追，其非破壞檢查設(shè)立了聲發(fā)射特別研究，并倡導(dǎo)成立了泛太平洋無損檢測(cè)，歐洲國(guó)家如英國(guó)、德國(guó)、前、波蘭等對(duì)聲發(fā)射技術(shù)也逐漸給予重視并成立了歐洲聲發(fā)射工作組（EWGAE）。在1983年，由聲發(fā)射工作組（AEWG）、歐洲聲發(fā)射工作（EWGAE）和增強(qiáng)塑料聲發(fā)射（CARP）共同主辦的《聲發(fā)射學(xué)報(bào)》正式出。在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面，試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)(ASTM)和機(jī)械工程學(xué)會(huì)(ASME)制定了一系列的聲發(fā)射試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其中復(fù)合材料和金屬材料的壓力容器聲發(fā)射檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已于列入ASME鍋爐壓力容器規(guī)范第V卷第十一和第十二章。和歐洲我國(guó)從1973年起開始有關(guān)聲發(fā)射的研究工作[12~13]，1978年成立中國(guó)無損檢測(cè)學(xué)會(huì)，下設(shè)聲發(fā)射專業(yè)。沈陽金屬、航空材料、機(jī)械部合肥通用機(jī)械和大學(xué)等一些科研院所和大學(xué)都在聲發(fā)射領(lǐng)域進(jìn)行了許多重要研究。近l0年來聲發(fā)射專業(yè)委員每年召開一次全體會(huì)議，并進(jìn)行小規(guī)模學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，每?jī)赡暾匍_一次學(xué)術(shù)會(huì)議，進(jìn)行大規(guī)模的學(xué)術(shù)交流和儀器演示。我國(guó)在聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂上與有一定差距，但目前在許多方面已取得進(jìn)展，現(xiàn)已頒布的主要聲發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)有[13~16]：《GB／T12604．4—1990無損檢測(cè)術(shù)語聲發(fā)射檢測(cè)》；《GB／T18182-2000金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》；《JB／T8283-1999 聲發(fā)射檢測(cè)儀性能測(cè)試方法》；《JB／T7667—1995 壓力容器聲發(fā)射檢定方法》等。由什么產(chǎn)生聲發(fā)射，這是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。時(shí)至今日，人們甚至不能準(zhǔn)確描述聲發(fā)射源發(fā)出的最原始信號(hào)（或者說不能直接測(cè)得由聲發(fā)射源發(fā)出的最原始信號(hào)），這給聲發(fā)射源機(jī)理的研究帶來了一定的?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用時(shí)，由于其微觀結(jié)構(gòu)的不均勻和內(nèi)部缺陷的存在，導(dǎo)致了局部應(yīng)力集中，造成不穩(wěn)定的應(yīng)力分布。當(dāng)這種不穩(wěn)定應(yīng)力分布狀態(tài)下的應(yīng)變能積累到一定程度時(shí)，不穩(wěn)定的高能狀態(tài)一定要向穩(wěn)定的低能狀態(tài)過渡，這種過渡是以塑性變形、快速相變、裂紋的產(chǎn)生、發(fā)展直至斷裂等形式來完成。聲發(fā)射是指應(yīng)變能被釋放過程中，其中一部分彈性能是以應(yīng)力波的形式下面用一彈簧——質(zhì)量系統(tǒng)來模擬材料斷裂如圖1.1a所示，兩初始剛度為K，拉伸了x的彈簧中有一質(zhì)點(diǎn)m2KK，如果系統(tǒng)中的彈簧2的剛度突然降低為KK，質(zhì)點(diǎn)m 平衡位置移動(dòng)并開始振蕩，最后由于阻尼作用而靜止（如圖1.1b所示）,KKKK2

2KK

，則系統(tǒng)由于彈簧2U

這種應(yīng)變能的釋放將激發(fā)相應(yīng)的應(yīng)力波而產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)。1K1（a）原始平衡狀態(tài) （b）新的平衡狀態(tài) 彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)模擬聲發(fā)射示意圖Fig1.1Spring-masssystemforacoustic在文獻(xiàn)[17]中將各種材料的聲發(fā)射源起因列成表1.1。其中與承壓特種設(shè)備檢測(cè)有關(guān)的聲發(fā)射源主要有兩種：由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和塑性變形引起的與由裂紋的形成和擴(kuò)展引表 聲發(fā)射源起因Tab1.1Reasonfortheacousticemission 滑移變形：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)湮沒；位錯(cuò)源開動(dòng)；塞積位錯(cuò)解脫；滑移帶形成；晶界滑移動(dòng)孿生變形：應(yīng)力感生孿生變形；彈性孿生；孿生帶形成相變：馬氏體相變；貝氏體相變；共晶反應(yīng)；凝固與融化裂紋形成和擴(kuò)展：空洞聚合；微裂紋形成；裂紋亞臨界擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展；應(yīng)力腐蝕裂紋；氫脆；其它脆性裂紋第二相質(zhì)點(diǎn)或夾雜物斷裂：鋼中非金屬夾雜物；鋼中碳化物；鋁合金中時(shí)效相；焊接溶渣開裂基體斷裂：屈服；異物混入纖維斷裂：屈服；原始缺陷界面開裂：基體與纖維界面；層與層之間界面斷面滑移：基體與纖維界面；層與層之間界面微觀裂紋形成：粗大粒子；氣孔；第二相質(zhì)點(diǎn)或夾雜物宏觀裂紋形成：小裂紋聚合；主裂紋發(fā)展當(dāng)晶體中有位錯(cuò)時(shí)，一方面位錯(cuò)向前移動(dòng)使通過滑移面內(nèi)的原子被前擁，位錯(cuò)滑移過去后這些原子又重新退后，這種前擁后擠過程使原子發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生彈性波；另一方面，處于低能位狀態(tài)的穩(wěn)定的位錯(cuò)在外部應(yīng)力作用下，在滑移面內(nèi)沿滑移方向運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)前要克服高能的位壘，當(dāng)位錯(cuò)移動(dòng)到高能位時(shí)，點(diǎn)陣的應(yīng)變能增加，從高能位向低能位運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)釋放出多余的彈性應(yīng)變能，其中一部分以彈性波的形式釋放。一些科學(xué)工作者對(duì)此進(jìn)行了研究，提出了幾種產(chǎn)生聲發(fā)射的位錯(cuò)模型[18~19]：Frederick等人認(rèn)為位錯(cuò)產(chǎn)生聲發(fā)射與塞積位錯(cuò)在反向應(yīng)力作用下使位錯(cuò)源開動(dòng)和關(guān)閉有關(guān)，自由位錯(cuò)線的長(zhǎng)度和位錯(cuò)滑動(dòng)的距離有一個(gè)低限，低于這一下限時(shí)將不能檢測(cè)到聲發(fā)射，這一下限值取決于檢測(cè)系統(tǒng)所能檢測(cè)到的試樣表面的最小位移minmin可表示為： 式中Vmin由檢測(cè)系統(tǒng)所決定的能檢測(cè)到的最小電壓；g——換能器材料的壓電常數(shù)；E——換能器材料的彈性常數(shù)。Carpentr等人認(rèn)為聲發(fā)射計(jì)數(shù)率與晶體內(nèi)可動(dòng)位錯(cuò)的密度變化有關(guān)，他們得到的聲發(fā)射計(jì)數(shù)率與可動(dòng)位錯(cuò)密度關(guān)系式為[20：dN104 式中dN——聲發(fā)射計(jì)數(shù)率；m——材料的斷裂過程大體上可分為裂紋成核、裂紋擴(kuò)展和最終斷裂三個(gè)階段，這三個(gè)階段都可成為聲發(fā)射源。依照Stroh位錯(cuò)塞積理論認(rèn)為，當(dāng)滑移面上位錯(cuò)塞積處的正交應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)就產(chǎn)生裂紋，此時(shí)對(duì)應(yīng)的位錯(cuò)數(shù)目n為[2]：n 式中——b——上式表明，裂紋形成時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射比單個(gè)位錯(cuò)滑移產(chǎn)生的聲發(fā)射要大許多。計(jì)算表明，裂紋擴(kuò)展所需能量比裂紋形成所需能量約大 倍到 倍，這樣，裂紋擴(kuò)展所產(chǎn)生的聲發(fā)射比裂紋形成時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射還要大得多，而裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展至斷裂時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射強(qiáng)度要更大。材料的聲發(fā)射現(xiàn)象除了上述原因外，還有磁效應(yīng)和表面效應(yīng)[21~26]。研究表明，鐵磁性材料在外加交變磁場(chǎng)的作用下，由于磁疇壁的來回振蕩與磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)發(fā)射的應(yīng)力應(yīng)變波，即產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。此外，試驗(yàn)證明，在金屬表面發(fā)生的應(yīng)力聲發(fā)射檢測(cè)的目的就是發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射源和得到有關(guān)聲發(fā)射源盡可能多的信息。通過對(duì)被測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理和分析，可以得到被探測(cè)材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)聲發(fā)射源的大量信息。聲發(fā)射檢測(cè)的原理是采用換能器將從材料內(nèi)部發(fā)射到表面的彈性波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后以電子線路放大、處理和記錄。然而，聲發(fā)射換能器輸出的聲發(fā)射電信號(hào)，是一種復(fù)雜的波形，它受聲發(fā)射源的自身特性、聲發(fā)射源到換能器的路徑、換能器的特性和聲發(fā)射儀器測(cè)量系統(tǒng)等多種因素的影響。因此如何測(cè)得真實(shí)、準(zhǔn)確的聲發(fā)射信號(hào)及如何從被測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)中更好 地提取有由于聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，不同的應(yīng)用環(huán)境中對(duì)聲發(fā)射儀器的要求不盡相同。一般說來，主要考慮兩個(gè)基本方面：一是聲發(fā)射儀器要適應(yīng)聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)；二是要滿足檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)目的和檢測(cè)環(huán)境的要求。聲發(fā)射技術(shù)用于特種設(shè)備無損檢測(cè)時(shí)一般要求檢查出早期的初發(fā)損傷，而初發(fā)損傷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)往往比較微弱，而且不同聲發(fā)射源產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的幅度變化會(huì)比較大，這就要求聲發(fā)射儀器具有高的靈敏度和寬的動(dòng)態(tài)范圍；聲發(fā)射信號(hào)是上升時(shí)間很短的脈沖，其上升時(shí)間約為幾十到幾百毫微秒，且脈沖的重復(fù)速率高，要求聲發(fā)射儀器應(yīng)具有對(duì)快速上升和高重復(fù)速率的脈沖信號(hào)響應(yīng)的能力；另外，聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍比較寬，包括次聲頻、聲頻、超聲頻，且聲發(fā)射儀器常與各種大型機(jī)械加載裝置共同使用，會(huì)受到各種噪音的干擾，因此要求聲發(fā)射儀器應(yīng)能在較寬的頻率范圍內(nèi)選擇檢測(cè)的頻率窗口并對(duì)機(jī)械噪聲有較高的抑制能力和鑒別能力。聲發(fā)射儀器從通道數(shù)量上可以分為單通道聲發(fā)射儀和多通道聲發(fā)射儀。單通道聲發(fā)射儀是最簡(jiǎn)單的聲發(fā)射儀器，只用一個(gè)信號(hào)通道，用于一般情況下的監(jiān)測(cè)。單通道聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)由以下三個(gè)基本部分組成：信號(hào)接收部分，主要指換能器；信號(hào)處理部分，包括前置放大器、濾波器、主放大器以及聲發(fā)射參數(shù)形成單元；測(cè)量和顯示部分，包括計(jì)數(shù)器、時(shí)基、記錄儀等，如圖1.2所示。多通道聲發(fā)射儀除了包括單通道聲發(fā)射儀的檢測(cè)和處理系統(tǒng)外，還包括數(shù)字量測(cè)定系統(tǒng)（時(shí)差測(cè)量裝置）以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等，其示意圖如圖1.3所示。商業(yè)聲發(fā)射儀器于1965年由首次推出，在70年代Dunegan等人進(jìn)行了現(xiàn)代聲發(fā)射儀器的研制[5]，到80年代初，參數(shù)式聲發(fā)射儀器得到了較大發(fā)展，這其中包1983年物理聲學(xué)公司(PAC)將現(xiàn)代微處理機(jī)技術(shù)引入聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，開發(fā)出國(guó)際上第一套參數(shù)型數(shù)字式聲發(fā)射系統(tǒng)SPARTANAT，把功能和及計(jì)算功能分離，并解決了實(shí)時(shí)和處理的問題，開發(fā)了一系列多功能高級(jí)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析軟件，通過微處理機(jī)控制，可以對(duì)被檢測(cè)構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時(shí)聲發(fā)射源定位監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，并且新的聲發(fā)射儀具有體積小、重量輕且易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，大大推動(dòng)了聲發(fā)射應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。到1994年波形式聲發(fā)射儀的問世使聲發(fā)射儀器發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)全新的階段：它將AE傳感器接受到的聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)過放大器放大后，直接經(jīng)高速A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再提取各種相應(yīng)的特征量，可以直接進(jìn)行聲發(fā)射波形的觀察、顯示、記錄和頻譜分析，同時(shí)這類儀器具有很高的信噪比、良好的性、寬的動(dòng)態(tài)范圍、可靠性高，不易受到溫度等環(huán)境因素的影響等優(yōu)點(diǎn)。波形式聲發(fā)射儀的代表儀器有德國(guó)VALLEN公司AMSY4和數(shù)字波公司(DWC)的DW聲發(fā)射探傷儀以及PAC公司研制的Mistras2001聲發(fā)射儀、LOCAN320聲發(fā)射儀等信號(hào)形 計(jì)數(shù)我國(guó)也有許多科技工作者在聲發(fā)射儀的完善和開發(fā)方面進(jìn)行了大量工作，如武漢科技大學(xué)研制的智能雙通道聲金屬發(fā)射測(cè)試儀具有較強(qiáng)的能力，適用于在役壓力容器日常安全監(jiān)測(cè)及室內(nèi)材料性能試驗(yàn)等場(chǎng)合；國(guó)家質(zhì)量技術(shù)鍋爐壓力容器檢測(cè)在國(guó)家“八五”攻關(guān)課題基金的支持下，經(jīng)多年努力研制的AE95-AT型8通道(可擴(kuò)充到32通道)聲發(fā)射儀產(chǎn)品的樣機(jī)經(jīng)測(cè)試表明該儀器達(dá)到了目前國(guó)外同類產(chǎn)品的水平；交通大學(xué)針對(duì)PAC公司的LOCAN320聲發(fā)射儀在數(shù)據(jù)處理方面存在的不足，開發(fā)出新的數(shù)據(jù)識(shí)別與轉(zhuǎn)化處理系統(tǒng)，可以更加充分利用LOCAN320聲發(fā)射儀信號(hào)形 計(jì)數(shù)信號(hào)接收部分 測(cè)示和顯示部分 單通道聲發(fā)射儀檢測(cè)系統(tǒng)組成示意圖Fig1.2Detectingsystemforsinglechannelacousticemission設(shè)聲發(fā)射源發(fā)出的最原始信號(hào)為E(t)，彈性波媒質(zhì)的傳遞函數(shù)為S(t),檢測(cè)系統(tǒng)（包括換能器）的傳遞函數(shù)為G(t)，則輸出信號(hào)V(t)可表示為[17]：VtEtStGt式中

換能 濾波 閾值整形圖 多通道聲發(fā)射儀檢測(cè)系統(tǒng)組成示意Fig1.3Detectingsystemformultichannelacousticemission由于傳遞函數(shù)受到材料的結(jié)構(gòu)和幾何形狀、換能器及其藕合狀態(tài)、前置放大器、濾波器、主放大器等諸多因素影響而難以測(cè)定，因此，由測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)獲得由聲發(fā)射源發(fā)出的準(zhǔn)確最原始信號(hào)非常，那么將測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行初步處理和整理，進(jìn)而進(jìn)行分析便成為從聲發(fā)射信號(hào)中獲取有用信息的主演途徑，大量事實(shí)已證明這一方法在多數(shù)情況下可以解決工程實(shí)踐中的很多問題。目前和處理聲發(fā)射信號(hào)的方法可分為兩大類。一類是以多個(gè)簡(jiǎn)化的波形特征參數(shù)來表示聲發(fā)射信號(hào)的特征，然后對(duì)其進(jìn)行分析和處理；另一類為和記錄簡(jiǎn)化波形特征參數(shù)分析法是20世紀(jì)50年代以來廣泛使用的經(jīng)典聲發(fā)射信號(hào)分析方法，目前在聲發(fā)射檢測(cè)中仍得到廣泛應(yīng)用，對(duì)聲發(fā)射基本參數(shù)的研究一直是聲發(fā)射技術(shù)基礎(chǔ)研究之一。但由于一方面許多研究者根據(jù)需要不斷定義新的參數(shù)，另一方面聲發(fā)射參數(shù)的研究又總是和材料特性的研究緊密聯(lián)系在一起，試驗(yàn)?zāi)康牟煌?、研究?duì)象不同，使用的參數(shù)也不同。因此，大多數(shù)研究者并沒有嚴(yán)格地將不同的波形特征參數(shù)有計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、幅值、能量計(jì)數(shù)、有效值電壓等。對(duì)突發(fā)型信號(hào)波形包絡(luò)檢波后，波形超過預(yù)設(shè)閾值電壓并維持一定時(shí)間，形成一個(gè)矩形脈沖，稱為個(gè)的即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的聲發(fā)射數(shù)即計(jì)數(shù)率。振鈴計(jì)數(shù)是指聲發(fā)射振鈴波形超過閾值電壓的振蕩次數(shù)，分為振鈴總計(jì)數(shù)（一段時(shí)間內(nèi)的總振蕩次數(shù)）和振鈴計(jì)數(shù)率（單位時(shí)間內(nèi)的振蕩次數(shù)）。信號(hào)的幅值是指信號(hào)波形的峰值，通常用d表示（通常傳感器輸出1μ為0d），幅值分布是指對(duì)某一聲發(fā)射過程根據(jù)其聲發(fā)射信號(hào)峰值大小的不同范圍分別進(jìn)行計(jì)數(shù)而得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。聲發(fā)射信號(hào)的能量計(jì)數(shù)通常指信號(hào)幅度的平方計(jì)數(shù)或包絡(luò)的面積等，因此，只有數(shù)學(xué)上的意義，而并非聲發(fā)射信號(hào)的真實(shí)能量，盡管如此，聲發(fā)射能量對(duì)于材料的斷裂及損傷程度的評(píng)價(jià)仍然具有重要意義。有效值電壓是指采樣時(shí)間內(nèi)信號(hào)電壓的均方根值（RM）。此外，常用的波形特征參數(shù)還有持續(xù)時(shí)間（信號(hào)第一次越過門檻值至最終降至門檻值所經(jīng)歷的時(shí)間間隔（信號(hào)第一次越過門檻值至最大幅值所經(jīng)歷的時(shí)間間隔、平均信號(hào)電平（采樣時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平的均值）、試驗(yàn)過程中的外加變量（如載荷、位移、溫度）等等。紀(jì)洪廣等人還提出了反映一個(gè)過程或一個(gè)狀態(tài)同另一過程或狀態(tài)的區(qū)別的特征參數(shù)[34~35]：根據(jù)聲發(fā)射過程的自相似性、分形特性、聲發(fā)射活性、順序依賴性及前后繼承性、不可逆性、突變特性以及隨機(jī)性和模糊性等非線性特征，構(gòu)造出了相應(yīng)的特征函數(shù)，借助這些特征函數(shù)，從聲發(fā)射基本參數(shù)序列中提取相應(yīng)的特征參數(shù)，以此為根據(jù)對(duì)相應(yīng)的特征進(jìn)行研究。根據(jù)發(fā)射信號(hào)波形進(jìn)行頻譜分析等獲取有用信息始于上世紀(jì)九十年代初。年學(xué)者Gorman了板波聲發(fā)射 后[36]，Lamb波理論在聲發(fā)射檢測(cè)中的應(yīng)用逐步引起人們的重視。板波聲發(fā)射(PWAE)后來又稱為模態(tài)聲發(fā)射(MAE)為被測(cè)材料結(jié)構(gòu)中的源或聲發(fā)射在負(fù)載作用下，產(chǎn)生的是頻率和模式豐富的導(dǎo)波Lamb波理論研究板中應(yīng)力波的特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)基于體波的傳感器參數(shù)聲發(fā)射檢測(cè)的諸多不足。實(shí)踐表明．利用模態(tài)聲發(fā)射技術(shù)既可以對(duì)聲發(fā)射信號(hào)作出合理解釋，也可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的源定位和分離噪聲的目的[37~40]。在模態(tài)聲發(fā)射的理論基礎(chǔ)上，通過對(duì)所的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行小波變換，精確提取不同頻段上的聲發(fā)射信號(hào)，再運(yùn)用互相關(guān)等處理方法獲取信息、進(jìn)行源定位是目前正被廣泛研究的一種聲發(fā)射信號(hào)處理方法。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別也是一種新的信號(hào)處理方法：用真實(shí)已知的不同聲發(fā)射源或同一源在不同階段產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)和樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行培訓(xùn)計(jì)算機(jī)軟件模擬的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 到的聲發(fā)射源進(jìn)行了模式識(shí)別分析，揭示這些聲發(fā)射源的產(chǎn)生機(jī)制[41~49]?，F(xiàn)在常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有BP網(wǎng)和Hamming雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于聲發(fā)射模式識(shí)別的研究近年來有了很大進(jìn)展，但由于目前使用較多的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，而實(shí)際應(yīng)用情況往往很難提供大量已知輸聲發(fā)射檢測(cè)作為無損檢測(cè)中的重要方法，它與超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)、滲透檢測(cè)等常規(guī)無損檢測(cè)方法有著根本區(qū)別：普通常規(guī)無損檢測(cè)方法屬于靜態(tài)檢測(cè)，能通過各種技術(shù)檢查出材料或試件中存在的缺陷，但對(duì)缺陷的活性程度無法作出判斷，缺陷屬于檢測(cè)；聲發(fā)射檢測(cè)屬于動(dòng)態(tài)檢測(cè)，即材料或試件中存在的缺陷在載荷主動(dòng)參與檢測(cè)，能對(duì)缺陷的活性程度檢測(cè)作出更準(zhǔn)確的判斷。因此，聲發(fā)射檢測(cè)被廣泛用于各種監(jiān)測(cè)和安全評(píng)價(jià)檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)作為一種正在成無損檢測(cè)方法有著其它常規(guī)無損檢測(cè)方法無聲發(fā)射檢測(cè)屬于動(dòng)態(tài)檢測(cè)，無須像超聲檢測(cè)或射線檢測(cè)那樣由外界提供被聲發(fā)射檢測(cè)能直接檢測(cè)缺陷的活性程度，進(jìn)而對(duì)設(shè)備的整體安全性能作出評(píng)價(jià)，無須像其它無損檢測(cè)方法那樣檢出缺陷后須借助于斷裂力學(xué)等理論來進(jìn)聲發(fā)射檢測(cè)特別適用于檢測(cè)與實(shí)時(shí)連續(xù)。利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)正在服役的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)無需停產(chǎn)，并且能夠連續(xù)，隨告缺陷的活性狀將探頭與被檢對(duì)象相對(duì)固定后，檢測(cè)人員與聲發(fā)射儀可以在遠(yuǎn)離被檢對(duì)象的地方工作，適用于其它方法難以或無法接近被檢對(duì)象情況下的檢測(cè)，如高溫、輻聲發(fā)射檢測(cè)無須像其它無損檢測(cè)方法那樣逐點(diǎn)檢測(cè)，探頭列陣所覆蓋的范能在試驗(yàn)狀態(tài)下測(cè)試，可檢測(cè)由未知原因引起的缺陷擴(kuò)展，限定系統(tǒng)最高聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)構(gòu)件的幾何形狀不敏感，因此適用于其它檢測(cè)方法受到限制在構(gòu)件或設(shè)備承載狀態(tài)下進(jìn)行，不能在常壓狀態(tài)下檢測(cè)；聲發(fā)射檢測(cè)不能檢出未擴(kuò)展的缺陷，即對(duì)暫時(shí)不活躍的缺陷為力；聲發(fā)射信號(hào)的處理較為，如何更點(diǎn)在一定程度上制約了聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。聲發(fā)射技術(shù)目前已被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、航空航天、交通等各用于材料的性能檢測(cè)[25,50~58]：對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維編織帶、陶瓷、混凝土及各種金屬材料的斷裂、疲勞、腐蝕和摩擦等試驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),通過接收材料在塑性變形或開裂、發(fā)生應(yīng)力腐蝕等情況時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力波來確定材料的各種性能。試驗(yàn)證明，用聲發(fā)射法確定的材料斷裂韌性值比用標(biāo)準(zhǔn)方法確定的值低10%～35%，因?yàn)槔寐暟l(fā)射能探測(cè)到裂紋擴(kuò)展的起始點(diǎn)，比用電位法測(cè)開裂點(diǎn)更靈敏。用于特種設(shè)備[59~62]：聲發(fā)射技術(shù)可用于對(duì)、電力等行業(yè)的各種壓力管道、高低溫反應(yīng)器、塔設(shè)備、換熱設(shè)備、設(shè)備、球罐、蒸汽汽包及公路和鐵路槽車等特種設(shè)備在水壓試驗(yàn)、定期檢修時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)，還可以在各種類型的壓力容器運(yùn)行時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。聲發(fā)射技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用非常廣用于泄漏檢測(cè)[63~69]：利用聲發(fā)射技術(shù)可以對(duì)各種壓力管道及管道上的閥門等附件的泄漏進(jìn)行檢測(cè)，并且能在發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)進(jìn)行泄定位，這一技術(shù)將在第四用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的監(jiān)視[70~73]：根據(jù)文獻(xiàn)，聲發(fā)射技術(shù)已用于包括飛機(jī)發(fā)屬加工工具磨損和斷裂的探測(cè)；各種轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（碰膜、斷裂等）監(jiān)測(cè)等。用于焊接質(zhì)量的監(jiān)視[48,74~7：用聲發(fā)射監(jiān)視焊接接頭的質(zhì)量是聲發(fā)射技術(shù)的重要應(yīng)用之一。通過對(duì)焊接過程的實(shí)時(shí)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)和對(duì)到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析檢查出焊接缺陷，并能進(jìn)行缺陷定位，對(duì)某些焊接方法（如電阻點(diǎn)焊）還可以通過信息反饋控制焊接參數(shù)來避免缺陷產(chǎn)生。此外，聲發(fā)射技術(shù)還可用于焊縫延遲裂紋產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)等。除上述外，利用聲發(fā)射的凱塞效應(yīng)還可通過對(duì)巖石的受力歷史分析來研究地層的運(yùn)動(dòng)歷史[77~78]，聲發(fā)射技術(shù)還可用于高強(qiáng)鋼的氫脆監(jiān)測(cè)；鐵磁性材料的磁聲發(fā)射測(cè)試；變壓器局部放電檢測(cè)；水泥結(jié)構(gòu)裂紋開裂和擴(kuò)展的連續(xù)監(jiān)視；船舶的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)分析；鑄造過程監(jiān)測(cè)等[12,25,79~82]。一方面，聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，如用于醫(yī)學(xué)上人骨頭的摩擦、受力和破壞特性試驗(yàn)以及骨關(guān)節(jié)狀況的監(jiān)測(cè)等，另一方面，聲發(fā)射技術(shù)在很多領(lǐng)域的應(yīng)用還有待進(jìn)一步的擴(kuò)展和完善。聲發(fā)射技術(shù)自從納入科研工作者的視線以來，被進(jìn)行了大量的研究，在很多方面都得到較好的發(fā)展，取得了可喜的成果，在很多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用，但也有許多問題需進(jìn)一步研究。一門技術(shù)的發(fā)展總是與其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用關(guān)聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展應(yīng)主要為了滿足解決上述問題的需要。因此，聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和需解決的問題主要為：開展聲發(fā)射的源機(jī)理的研究。要確定是什么損傷或缺陷引起的聲發(fā)射就必須知道各種不同類型聲發(fā)射源所產(chǎn)生信號(hào)的特征，建立聲發(fā)射源信號(hào)與構(gòu)件中缺陷進(jìn)一步開發(fā)和完善新型高效的聲發(fā)射檢測(cè)儀器。一方面完善和提高現(xiàn)有傳感器的制造水平，同時(shí)開發(fā)效果更好、適用范圍更廣的新型傳感器，另一方面對(duì)波的等基礎(chǔ)理論開展研究，為聲發(fā)射技術(shù)的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)，同時(shí)加大對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)分析與處理軟件的研發(fā)力度，尤其是開發(fā)出適用于埋地管道和進(jìn)一步拓展聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。一方面在一些領(lǐng)域的應(yīng)用有待進(jìn)一步發(fā)展完善，如泄漏檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的監(jiān)測(cè)、金屬切削過程監(jiān)測(cè)等，另一方面擴(kuò)盡快建立完善的聲發(fā)射檢測(cè)體系。在我國(guó)建立完善的聲發(fā)射檢測(cè)體系需要加快聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂和修訂步伐，盡快趕上發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。同時(shí)建立相應(yīng)聲發(fā)射技術(shù)作為一項(xiàng)新興的現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)，還處于邊研究、邊開發(fā)、邊應(yīng)用、邊發(fā)展的過程中，正在逐漸成熟，相信聲發(fā)射技術(shù)會(huì)為科學(xué)研究事業(yè)的發(fā)展作出更加巨大的貢獻(xiàn)。本文主要從三個(gè)方面進(jìn)行關(guān)于特種設(shè)備檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)的研究：聲發(fā)射源的精確定位方法研究；壓力容器安全檢測(cè)中聲發(fā)射技術(shù)的研究；壓力管道泄漏聲發(fā)射特種設(shè)備聲發(fā)射檢測(cè)中源的定位實(shí)質(zhì)就是確定設(shè)備上引起聲發(fā)射的損傷或缺陷的位置。如何根據(jù)不同性質(zhì)的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確的源定位也是許多聲發(fā)射源工作者長(zhǎng)期研究的課題。目前對(duì)聲發(fā)射信號(hào)定位常用的第一次門檻技術(shù)時(shí)差定位方法需預(yù)先給定聲速或利用模擬源測(cè)量聲速，然后進(jìn)行定位計(jì)算，這樣輸入聲速與實(shí)際聲速的偏差就會(huì)累計(jì)到源定位偏差中而影響定位精度。對(duì)此根據(jù)聲發(fā)射彈性波在時(shí)聲壓遵從指數(shù)衰減規(guī)律，本文提出一種利用能量累積值進(jìn)行精確定位的方法——能量累積定位法，并對(duì)特種設(shè)備聲發(fā)射檢測(cè)一維定位和二維定位中各種常見的探頭列陣從理論上求出了能量累積定位的解析解。此外，針對(duì)第一次門檻時(shí)差技術(shù)比較成現(xiàn)狀，本文還提出一種多探頭定位法，在多增加一個(gè)探頭情況下也能避開聲速測(cè)量而進(jìn)行精確定位。本文還對(duì)兩種定位方法中的部分探頭列陣?yán)媚M聲發(fā)射源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)定位。目前聲發(fā)射技術(shù)現(xiàn)用于壓力容器的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)和運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，從檢測(cè)得到的聲發(fā)射信號(hào)中獲得的引起聲發(fā)射的損傷或缺陷的信息比較少，如何依據(jù)檢測(cè)信號(hào)對(duì)損傷或缺陷的性質(zhì)、來歷和所處的狀態(tài)作出更好、更準(zhǔn)確的判斷，為特種設(shè)備的安全提供更可靠的保障是目前的研究重點(diǎn)。本文力圖在此方面做出一些研究，主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：利用探頭列陣所測(cè)得的能量累積值推算出信號(hào)的衰減特性，然后對(duì)探頭所測(cè)得的信號(hào)幅值進(jìn)行修正并導(dǎo)出了修正系數(shù)的解析，進(jìn)而得到聲源處的原始信號(hào)幅值，從而更加快捷、準(zhǔn)確地判斷聲發(fā)射的強(qiáng)度；利用斷裂力學(xué)的理論分小范圍屈服與大范圍屈服兩種情況分別討論了在裂紋尖端形成塑性區(qū)時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射累計(jì)數(shù)與缺陷尺寸的關(guān)系，并進(jìn)行了單邊缺口試樣拉伸時(shí)的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)理論結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證；針對(duì)現(xiàn)行聲發(fā)射中評(píng)價(jià)缺陷活度的不足之處，提出一種利用系數(shù)進(jìn)行修正的方法準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)缺陷的程度，還提出了一種利用聲發(fā)射的凱塞效應(yīng)來判斷容器中新檢出缺陷來歷的方法，并通過在實(shí)際案例中應(yīng)用得到驗(yàn)證。聲發(fā)射技術(shù)用于壓力管道泄漏的檢測(cè)主要在于對(duì)管道泄漏的監(jiān)測(cè)和對(duì)泄的確定。在工程實(shí)際中到的信號(hào)成分非常復(fù)雜，由于對(duì)泄漏聲發(fā)射信號(hào)的特性認(rèn)識(shí)較少、信號(hào)識(shí)別等原因使得聲發(fā)射技術(shù)用于管道泄漏檢測(cè)還處于狀態(tài)，在實(shí)踐中應(yīng)用較少。本文第四章力圖建立壓力管道圓孔泄漏的射流擾動(dòng)模型，研究泄漏聲發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理，探討信號(hào)的頻譜特性和能量累計(jì)特性。并建立壓力管道圓孔泄漏的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，以水為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行了泄漏聲發(fā)射的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過小波分析來揭示信號(hào)的頻譜特性，為聲發(fā)射技術(shù)在力管道泄不同設(shè)備上不同聲發(fā)射源所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)在幅值、頻率、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)上各不相同，對(duì)具有不同特征的聲發(fā)射信號(hào)所采用的源定位方法也不相同。根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)可將其分為突發(fā)型和連續(xù)型兩種。突發(fā)型信號(hào)主要是由高幅值、不連續(xù)、持續(xù)時(shí)間短的脈沖信號(hào)組成，一般由于裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生。連續(xù)型信號(hào)則由一系列低幅值的連續(xù)信號(hào)組成，其信號(hào)的單個(gè)脈沖在時(shí)間上不可分辨，一般由材料的突發(fā)型聲發(fā)射的源定位方法可分為時(shí)差定位法和區(qū)域定位法。區(qū)域定位法是根據(jù)信號(hào)到達(dá)換能器的次序來確定聲發(fā)射源離各換能器遠(yuǎn)近的定位方法，它僅能判定聲發(fā)射源在某一區(qū)域，區(qū)域的大小取決于換能器的間距，是一種處理速度快、簡(jiǎn)便而又粗略的定位方采定一檻定是經(jīng)對(duì)各個(gè)聲發(fā)射通道信號(hào)到達(dá)時(shí)間差、波速和探頭間距等參數(shù)的測(cè)量及一定的算法運(yùn)算，來確定聲源的坐標(biāo)或位置的方法。時(shí)差定位較區(qū)域定位精確而又復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。但它的定位精度受到波速、衰減、波形和構(gòu)件形狀等許多易變量的影響。時(shí)差定位又分為一維定位（又叫線定位、二維定位和三維定位，其中二維定位又分為平面定位、柱面定位和球面定位。這其中又以二維平面定位較為常見，定位方法較多，如歸一化正方陣定位法、平面正方形定位法、平面正三角形定位法、任意平面三角形定位法等。進(jìn)行源定位都需要使用多通道聲發(fā)射源儀，一維定位需要最少兩個(gè)換能器即雙通道，二維定位需要三至四個(gè)換能器。但目前的時(shí)差定位方法都需要預(yù)先給定聲速或利用模擬源測(cè)量聲速來進(jìn)行定位計(jì)算。對(duì)于預(yù)先給定聲速，如介質(zhì)為鋼板時(shí)聲速為3000m/s，而由于受到介質(zhì)的材質(zhì)、尺寸及表面狀態(tài)等因素影響使被測(cè)物體中應(yīng)力波的真實(shí)速度不同于給定的聲速時(shí)，將給系統(tǒng)定位帶來誤差；而實(shí)測(cè)聲速又受探頭間距的大小影響較大：當(dāng)間距較大時(shí)，一般金屬右?？傊谀壳暗穆暟l(fā)射儀中還難以消除聲速偏差帶給定位的影響。對(duì)于由流體的泄漏和某些材料在塑性變形時(shí)產(chǎn)生的連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)，由于信號(hào)的單個(gè)脈沖在時(shí)間上不可分辨，突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)常用第一次門檻技術(shù)進(jìn)行時(shí)差定位無法應(yīng)用，對(duì)連續(xù)型信號(hào)常用的源定位方法有幅度測(cè)量式區(qū)域定位法、衰減測(cè)量式定位法、互相關(guān)式時(shí)差定位法、式時(shí)差定位法以及利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定位法等。其中幅度測(cè)量式區(qū)域定位法及衰減測(cè)量式定位法都是基于聲發(fā)射波傳播過程中波的衰減特性進(jìn)行定位，前者依據(jù)換能器離聲發(fā)射源越近，衰減越小的特點(diǎn)判定探測(cè)到最大幅度聲發(fā)射信號(hào)的探頭將最靠近聲發(fā)射源，再進(jìn)一步考慮接收到第二大幅度信號(hào)的探頭來縮小聲發(fā)射源存在的區(qū)域，提高定位精度，但總不能精確到點(diǎn)，后者者的基礎(chǔ)上進(jìn)一步測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)的幅度及被測(cè)物體的衰減特性，以分貝來確定兩個(gè)探頭輸出的差值，并與被測(cè)物體的衰減特征比較進(jìn)行精確定位。對(duì)于二維平面，用兩個(gè)探頭確定了一條通過源的雙曲線，再用第三個(gè)探頭來得到另一條雙曲線，兩個(gè)雙曲線的交點(diǎn)即為聲發(fā)射源位置?；ハ嚓P(guān)式時(shí)差定位法則是利用互相關(guān)技術(shù)來測(cè)量任意波到達(dá)各探頭的時(shí)差，然后用與突發(fā)型信號(hào)時(shí)差定位法相同的計(jì)算方法來進(jìn)行定位計(jì)算。式時(shí)差定位法是一種反向定位，即設(shè)由探頭陣列探測(cè)到的信號(hào)是相干的，在感的二維或三內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)，然后進(jìn)行所有探頭間的相干性分析，表明假設(shè)的部位是聲發(fā)射源，如相干性較低則重新定義另一位聲發(fā)射信號(hào)在固體中時(shí)，除了由于波前擴(kuò)展而產(chǎn)生的擴(kuò)散損失外，也由于內(nèi)摩擦及組織界面的散射使在規(guī)定方向的聲能衰減。造成聲波在固體中、尤其在金屬中衰減的原因很多，主要有散射衰減、粘性衰減、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的衰減、鐵磁性材料磁疇壁運(yùn)動(dòng)引起的衰減、由于存在殘余應(yīng)力和聲場(chǎng)紊亂引起的衰減等。一般地說，平面波在均勻媒介中沿x方向時(shí)的衰減遵從指數(shù)衰減規(guī)律，其聲壓P隨距離x的變化表示為[2]：PP0 0 介質(zhì)及波的頻率有關(guān),常表示為0AfBf2Cf A項(xiàng)是與媒質(zhì)弛豫過程（如彈性滯后等）有關(guān)的衰減，B滯和熱傳導(dǎo)引起的吸收衰減，C項(xiàng)是由于媒質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)聲波散射引起的散射衰減。對(duì)一個(gè)聲發(fā)射來講，若信號(hào)的頻率不發(fā)生改變、的介質(zhì)不發(fā)生改變，則衰減系數(shù)為常數(shù)。但對(duì)不同的聲發(fā)射信號(hào)來講，衰減系數(shù)則可能發(fā)生改變。對(duì)某一具體的突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)，當(dāng)它經(jīng)過均勻媒介到達(dá)聲發(fā)射儀兩個(gè)不同通道的換能器1、2時(shí)，設(shè)距離分別為x1、x2則： P1P2分別表示換能器1、2接受到聲發(fā)射信號(hào)的聲壓。對(duì)于換能器1、而言分別用VP1、VP2表示對(duì)應(yīng)P1、P2平方、聲壓的平方均與能量成正比，振幅與聲壓應(yīng)成線性關(guān)系，當(dāng)聲發(fā)射儀各通道P21 P21假設(shè)換能器輸出的聲發(fā)射信號(hào)可表示為指數(shù)衰減的正弦波，即 此時(shí)的振鈴衰減波形是由換能器諧振產(chǎn)生的，而不需考慮聲波在媒介中時(shí)產(chǎn)生的衰減（P0P1、P2中考慮），若一個(gè)聲發(fā)射儀各通道的換能器性能相同，則可以認(rèn)為是一常數(shù)。對(duì)突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)，探頭接收到的瞬態(tài)信號(hào)的能量可定義為E1

R設(shè)Vi小于Vi后，儀器不再統(tǒng)計(jì)其能量。若ViVPexp(T，T表示幅值由VP衰減到Vi所需的時(shí)間。則聲發(fā)射儀對(duì)突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)能量累計(jì)值測(cè)定為：E1TV2(t)dtR0R0P

exp(2T)2(22RP

）一般Vi應(yīng)遠(yuǎn)小于VP，即exp(T遠(yuǎn)小于1exp(2T式（2.7）VE P

VE1 VE2 1、2對(duì)同一源分別接收到的突發(fā)型信號(hào)能量累計(jì)值之比為：2E1VP1exp[2(xx 2 V lnE則 xx 探頭1聲發(fā)射源探頭 探頭 圖 突發(fā)型信號(hào)一維定位示意Fig2.1Schemeofone-dimensionlocationfortheburst2.1所示，設(shè)某特種設(shè)備上有一突發(fā)型聲發(fā)射源，在容器上設(shè)置有三個(gè)探頭1、2、3，其坐標(biāo)分別為0x2x3，聲發(fā)射源其坐標(biāo)為x。有：x1x，x2x2x，x3x3 若聲發(fā)射儀三個(gè)探頭接受的能量累計(jì)值分別為E1E2E3，根據(jù)式（2.10）和x

x)ln(E2/E1)，x

x)ln(E3/E1

2x2x

ln(E2/E1)xxln(E2/E1 3ln(E/Ex 22ln(E2/E1

又當(dāng)聲發(fā)射源落在探頭2、3x1x，x2xx2，x3x3根據(jù)式（2.10）、式（2.11）x(x

)ln(E2/E1)，x

x)ln(E3/E1兩式相比得 ln(E2/E1)，xln(E3/E1)x22x ln(E2/E1) x值即所確定的聲發(fā)射源坐標(biāo)。當(dāng)滿足E1E2E3E1E2E3時(shí)，可判斷聲發(fā)射源落在探頭檢測(cè)區(qū)域之外（x0或xx3），能量累計(jì)值與坐標(biāo)值之間有恒等

ln(E3/E1)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的定位主要用于對(duì)壓力管道泄的確定，所以對(duì)連續(xù)型信號(hào)的定位的研究多為一維定位研究。連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)由一系列低幅值的連續(xù)信號(hào)組成，其信號(hào)的單個(gè)脈沖在時(shí)間上不可分辨，在不同時(shí)間產(chǎn)生信號(hào)的聲壓不等，即設(shè)聲發(fā)射源發(fā)出的連續(xù)信號(hào)聲壓可表示為P0t)距離為x，聲發(fā)射信號(hào)到換能器所需時(shí)間為t'，由于彈性波的遵從指數(shù)衰減規(guī)律，則換能P(t)P0(tt') 式中為由材料及聲波頻率確定的衰減系數(shù)，由式（2.2）確定。對(duì)使用壓電換能器的聲發(fā)射儀來說，探頭接受的信號(hào)聲壓與儀器的輸出電壓之間成線性關(guān)系，應(yīng)V(t) 當(dāng)各通道靈敏度相同時(shí)k為常數(shù)。對(duì)連續(xù)型信號(hào)，探頭從t0時(shí)間開始計(jì)數(shù)，經(jīng)過t時(shí)間后換能器接收到信號(hào)的能量為：E1t0tV(t)2 R將式（2.13）與式（2.14）代入式（2.15）Ek2R

ttttE1P(tt)2dt，E2P(tt)2dt1R R 1E進(jìn)行變換中令ttt2t11k2exp(2x)tE 1 P(tt)2 k2exp(2x)ttt 101 P(t't)2dtR

t 10 P(tt)2dt t0t1t20 t t 10 P(tt)2dt 10 P(tt)2dt t0t1t2t0 上式中三項(xiàng)分別表示在t0t1t2~t0、0~t0t、t0t1t2~t0t三個(gè)時(shí)間段內(nèi)探頭接收的信號(hào)能量，一般的連續(xù)型信號(hào)（如由或塑性變形產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)）為低幅值信號(hào)，若信號(hào)幅值隨時(shí)間的波動(dòng)較小，且信號(hào)到兩換能器的時(shí)差值很小，而能量累計(jì)時(shí)間足夠長(zhǎng)，即tt1t2（這與實(shí)際情況基本吻合），則可認(rèn)為探頭在t0t12~t0t0t12~0t兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)接收的信號(hào)能量要遠(yuǎn)小于在t0~t0t時(shí)間段內(nèi)接收的信號(hào)能量，即：

dtt0 P(tt

dt

t0

P(tt)2tt ttt 01 01 有 E 1 P(tt)2 聯(lián)立式（2.17）與式（2.18） 2(xx 則

這一結(jié)論與式（2.10）結(jié)果相同，后面的定位方法與突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)的一維xxln(E2/ 3ln(E/E 22ln(E2/E1)ln(E3/x聲發(fā)射源的平面定位多用于突發(fā)型信號(hào)，故本文下面的定位研究只針對(duì)突發(fā)型信號(hào)，但對(duì)連續(xù)性信號(hào)也可用類似解法進(jìn)行定位。由于定位中進(jìn)行能量累計(jì)值將用于定位的四個(gè)換能器探頭布置成正方形，如圖2.2x2x3x4，各探頭接收到能量為E1E2E3E4x1 (ax)2(ax2

(ax)2(a x3 (ax)2(a (ax)2(a聲源（a,-圖 聲發(fā)射源平面定位示意Fig2.2Schemeofthenelocationfor根據(jù)式（2.10）(ax)2(ay)2

(ax)2(a

lnE2ln(ax)2(ay)2

(ax)2(ay)2lnE3ln

(ax)2(ay)2

(ax)2(a

lnE4ln進(jìn)一步整理，消除(ax)2(ay)2 (ax)2(a lnEln (ax)2(ay)2

(ax)2(a lnE3ln

(ax)2(ay)2 (ax)2(a lnEln (ax)2(ay)2 (ax)2(a lnE4ln式（2.21）xy的二元方程組，在測(cè)得E1~E4a后就可求解x、y。但從式（2.21）中直接求得x、y的解析表達(dá)式很，對(duì)這一方程組的求解可lnE2lnE12lnE2lnE11.5a1lnE3ln lnE4ln(1x)2(1y)2(1x)2(1y)2

(1x)2(1(1x)2(1

圖 圖解法確定源坐標(biāo)示意Fig2.3Schemeofgraphicaldefinitesource0.6479，上述方法雖能求得源坐標(biāo)，但實(shí)際應(yīng)用中較麻煩，且不便于利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，下面尋求一種利用測(cè)得的能量累計(jì)值進(jìn)行源定位的快捷方法，能直接求出聲發(fā)將方程組（2.19）x2(ax)2(ax1(ax)2(ax 32 2 x2(ax)2(ay)232 2 14V k2P2E 4(1

k2P ec有

2

將其代入方程組（2.22）(lnE1c)242x242[(ax)2(ay)2 (ln

c)242x242[(ax)2(ay)2 (lnE3c)242x242[(ax)2(ay)2 (lnE4c)4x44[(ax)(ay) 方程組中（2.24）c、、xy四個(gè)未知數(shù)，有四個(gè)方程，顯然可對(duì)x將方程組中（2.24）式（1）與式（2）相減，式（4）與式（3）相減，然后兩ln2Eln2Eln2Eln2c lnE1lnE2lnE3ln將方程組（2.24）中式（1）與式（2）相減，式（1）與式（4）相減，然后兩yln2E1ln2E42c(lnE1lnE4ln2E1ln2E22c(lnE1lnE2

ln2Eln2E2c(lnElnE令k 4，將式（2.25）、式（2.26）代入方程ln2E1ln2E22c(lnE1lnE2(lnE1c)2令(lnE2c)x

(lnE1c)(lnE2c)b，可解得：

(ax)2(akx)(ax)2(akx)

aaaabakakba26a2ba2b22a2k2a2b2ka2k22a2bk21bk2ln2Eln2E2c(lnElnEy 4 ln2Eln2E2c(lnElnE 所解得的xyy

探頭 圖 線性列陣平面定位示意 Schemeofnelocationforlinear以得到能量累計(jì)定位法中的線性平面定位方法。在能量累計(jì)定位法一維定位中，利用與聲發(fā)射源在同一直線的三個(gè)探頭即可進(jìn)行源定位。但如果不能確定聲發(fā)射源與用來所示，三個(gè)探頭在x軸上，坐標(biāo)分別為（0,0）、（x2,0）、（x3,0），接收到能量累計(jì)分別為E1E2E3，聲源坐標(biāo)為（xy，參考方程組（2.24）有：(lnE2c)242[(x2x)2y2

(lnE3c)242[(x3 y2 將方程組中式（1）與式（2）相減，式（1）與式（3）相減，然后兩式聯(lián)立，令bx2，可解得：1bln2Eln2Ebln2c 1blnE1lnE2bln(lnE1將方程組中式（1）與式（2）

(lnE2

kx2y2k[(x2x)2y2 2k 解得 yk 1由式（2.32）可作出一條曲線，平面定位時(shí)，在y軸上再布置兩探頭，坐標(biāo)分別為（0, y4）、（0, y5），接收到能量累計(jì)分別為E4、E5，令：b'c'11b'ln2Eln2Eb'ln25 1 1k'(lnE1c')2(lnE4c'k'(y4y)2y解得 x

1k

由式（2.32）作出曲線與式（2.33）在平面定位中，由正方形列陣定位得到的解有兩個(gè)，由線性列陣定位得到的交點(diǎn)也可能不止一個(gè)。就是說能量累計(jì)平面定位的結(jié)果是得到兩個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射源，其中一個(gè)為真實(shí)源，另外的是偽聲發(fā)射源。對(duì)兩個(gè)或多個(gè)定位結(jié)果的真?zhèn)闻袆e可以借鑒時(shí)差定位法中的聲源真?zhèn)闻袆e方法，通過再增加一個(gè)探頭以信號(hào)到達(dá)的次序或能量累計(jì)的多少來識(shí)別，這一方法在文獻(xiàn)[84]中有介紹。則只考慮用于定位的探頭列陣內(nèi)部的定位源。如定位的結(jié)果超出探頭列陣則可視為偽聲發(fā)射源，因?yàn)槌隽嘘嚨穆曉幢貙⒈黄渌奶筋^獲得更強(qiáng)的信號(hào)和的能量偽定位的消除在能量累計(jì)定位的其它定位方法中還會(huì)遇到，均可采用上述方法進(jìn)行判別，在本文后邊將不再敘述偽定位的消除方法。聲發(fā)射源的球面定位是指聲發(fā)射源在球殼上，且球殼的厚度應(yīng)遠(yuǎn)小于球殼的直徑，而相應(yīng)的聲發(fā)射儀探頭也分布在球殼的表面上進(jìn)行定位。此時(shí)，聲波的是沿球面進(jìn)行的，的距離不再是兩點(diǎn)間的直線距離，而是兩點(diǎn)間的弧長(zhǎng)。下邊進(jìn)聲源圖 小直徑球面定位示意Fig2.5Schemeofminordiameterspherical當(dāng)球殼直徑較小時(shí)，從球面上任意位置的聲發(fā)射源發(fā)出的信號(hào)在球面赤道上的探頭都能接收到，此時(shí)用四個(gè)探頭即可對(duì)四分之一球面上的聲發(fā)射源進(jìn)行定位，對(duì)以球心為坐標(biāo)原點(diǎn)，四個(gè)探頭布置如圖2.5所示，坐標(biāo)分別為（R，0，0）（0R，0）、（R，0，0），（0，0R），接收到能量累計(jì)分別為E1E2、E3E4，聲源坐標(biāo)為（xyz），此時(shí)用直角坐標(biāo)表示弧長(zhǎng)比較復(fù)雜，應(yīng)用球面坐標(biāo)則較為簡(jiǎn)便。設(shè)聲源與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線與x、y、z坐標(biāo)軸正向夾角分別為、、，四個(gè)探頭仍然采用圖2.5x1R，x2 x3R，x4 根據(jù)式（2.10）

ln

E1)

ll

在式（2.36）中消除 ln(E2E1 ln(E3E1 E

12a

1

b 將式（2.37）代入式（2.35）cos2cos212aaπcos212bbπ 由式（2.38）直接求出的解析表達(dá)式很，但知道a、b的具體值后可用圖y1在區(qū)間[02π]內(nèi)的交點(diǎn)即所求的值。將求得的值代入方程（2.37）式可求得、，即可確定聲源的位置。在實(shí)際應(yīng)用中，球面定位往往用于大型球罐的測(cè)量。當(dāng)球罐直徑較大時(shí)，由于聲波在的散射與衰減，離聲源較遠(yuǎn)的探頭將不能探測(cè)到聲發(fā)射信號(hào)，這樣，在小直徑球面中采用的定位方法將不再適用。由于聲發(fā)射源位置的不確定性，在一個(gè)大型球罐上需要用很多個(gè)探頭來進(jìn)行聲發(fā)射監(jiān)測(cè)，聲源位置將由離它最近的四個(gè)將四個(gè)探頭布置成正方形，以球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系如圖2.6（a）所示，探頭坐標(biāo)分別為（a，0b）、（0ab）、（a，0b）、（0ab）。將由聲源、探頭1、坐標(biāo)原點(diǎn)所確定的平面取出，如圖2.6（b）所示。聲波從聲源（A點(diǎn)） 至探頭1（B點(diǎn)）所經(jīng)歷的實(shí)際距離為AB段弧長(zhǎng)，即2R，而AB段直線距離為2Rsin。對(duì)于大型球罐，其直徑遠(yuǎn)大于探頭布置距離，也遠(yuǎn)大于聲源探頭距離，此時(shí)角很小，有sin，可用AB段直線距離近似代替聲源 的實(shí)x2(ax)2y2(bx1x2(ay)2(bx x2(ax)2y2(b x2x2(ay)2(b 3(-a,0聲源(x,y,4(0,a

2(0,-a聲源

探頭x 圖 大直徑球面定位示意Fig Schemeoflargediameterspherical若四個(gè)探頭接收到能量累計(jì)分別為E1E2E3E4，將其代入式（2.23）(lnE1c)242[(ax)2y2(bz)2

c)242[x2(ay)2(bz)2

(lnE3c)242[(a y2(bz)2 (lnE4c)242[x2(ay)2(bz)2 將方程組（2.40）中式（2）與式（1）相減，式（3）與式（4）(lnE2c)2(lnE1c)242(2ax2ay)(lnE3c)2(lnE4ln2Eln2Eln2Eln2c lnE1lnE2lnE3ln將方程組（2.40）中式（3）與式（1）相減，式（2）與式（4）相減，然后兩ln2Eln2E2c(lnElnEy 4 ln2Eln2E2c(lnElnE 4k4

ln

ln2

2c(ln

lnE4

，將式（2.48）代入方程組（2.40）中式ln2E3ln2E12c(lnE3lnE12(lnE1(lnE2

(ax)2(kx)2bx2(akx)2b x2y2z2R2a2 由式（2.44）

bz

a2x2y2bzRaxyRbzb+za2x2y2，所以bz0(lnE1代入式（2.43），

(lnE2

d(ax)2d x2(aaadk 2a2da2d22a2dka2k22a2dk1dk2dkx2yln22

ln2

2c(ln

lnE4)

ln2E3ln2E12c(lnE3lnE1xy聲發(fā)射源的柱面定位一般是指聲發(fā)射源在壓力容器的圓柱形殼體上，且殼體的厚度遠(yuǎn)小于圓柱的直徑（一般厚徑比小于0.1），將聲發(fā)射儀探頭分布在圓柱形殼體的表面上進(jìn)行定位。此時(shí)，聲波的是沿柱面進(jìn)行的，的距離不再是兩點(diǎn)間的直線距離，而是兩點(diǎn)間的弧長(zhǎng)。實(shí)際檢測(cè)中，對(duì)一臺(tái)壓力容器需要用多個(gè)探頭來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而確定一個(gè)聲發(fā)射源位置只靠離它最近的四個(gè)探頭測(cè)得的能量累計(jì)值如圖2.7（a）將柱面展開成平面并建立如圖2.7（b）所示坐標(biāo)系。由于聲波總是沿最短距離，所以在圖.7（b）中聲波距離即聲源到探頭的直線距離。四個(gè)探頭采的列陣為長(zhǎng)方形，坐標(biāo)分別為（m，n）（m，n）（m，n）（mn），2m表示同一橫截面上兩相鄰探頭間的弧長(zhǎng)，2n表示兩相鄰橫截面之間距離。此時(shí)定位3(-聲源4-(m,-1(m,- 圖 柱面定位示意Fig2.7Schemeofcylinder設(shè)四個(gè)探頭接收到能量累計(jì)分別為E1E2E3E4，根據(jù)式（2.23）(lnE1c)242x242[(mx)2(ny)2 (ln

c)242x242[(mx)2(ny)2 (lnE3c)242x242[(mx)2(ny)2 (lnE4c)4x44[(mx)(ny) 將方程組（2.46）中式（1）與式（2）相減，式（4）與式（3）相減，然后兩ln2Eln2Eln2Eln2c lnE1lnE2lnE3ln將方程組（2.46）中式（1）與式（2）相減，式（4）與式（1）相減，然后兩ln2Eln2E2c(lnElnE) ln2Eln2E2c(lnElnE) ln2Eln2E2c(lnElnE)令k ，將式（2.48）代入方程組（2.46）中l(wèi)n2Eln2E2c(lnElnE) 4， l(lnE1

(mx)2(n(mx)2(n (lnE4令

b

xyln2Eln2E2c(ln

lnE) 4 ln2Eln2E2c(lnElnE) xy利用能量累計(jì)定位法對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行定位可以避免聲速測(cè)量偏差、聲衰減等因素給定位精度帶來的影響，但如何從儀器計(jì)量的能量累計(jì)值中剔除干擾信號(hào)的能量以及將這一方法在聲發(fā)射儀上實(shí)現(xiàn)還有待進(jìn)一步研究。目前的聲發(fā)射儀器普遍采用技術(shù)上比較成第一次門檻技術(shù)時(shí)差定位方法進(jìn)行定位。本文還提出一種多探頭定位法：利用門檻技術(shù)在多用一個(gè)探頭情況下定位，無須測(cè)量聲速，能避免聲速偏差帶給定位的影響。下面具體說明該方法在一維定位和二維定位中的應(yīng)聲發(fā)射儀利用時(shí)差定位方法進(jìn)行線定位時(shí)只需兩個(gè)探頭就可以了，多探頭定位法則需三個(gè)探頭。