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聲發(fā)射信號處理和分析技術(shù)
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時(shí)間：2013-11-27
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聲發(fā)射信號處理和分析技術(shù)
摘 要：介紹聲發(fā)射技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況、聲發(fā)射信號處理面臨的困難及目前所用的各種處理和分析方法。還介紹了聲發(fā)射儀器的發(fā)展概況。
關(guān)鍵詞：聲發(fā)射檢驗；信號處理；分析；聲發(fā)射儀器
聲發(fā)射（AE）可以定義為物體或材料內部迅速釋放能量而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的一種物理現象，而AE信號則表示一個(gè)或多個(gè)AE事件經(jīng)傳感器接受并經(jīng)系統處理后以某種形式出現的電信號。當材料遇到“麻煩”時(shí)，它們會(huì )“講話(huà)”，我們可以利用聲發(fā)射設備來(lái)“聽(tīng)”諸如裂紋擴展、纖維斷裂以及材料其他形式損傷所發(fā)出的“聲音”。AE相應的彈性波并不僅局限于可聽(tīng)聲域，在絕大多數情況下，其有效頻譜范圍可伸展到數兆赫甚至數十兆赫頻段。所以嚴格地講，聲發(fā)射應當被稱(chēng)為應力波發(fā)射，但由于歷史的原因，人們已習慣于將其稱(chēng)為聲發(fā)射。AE的原機制是各種各樣的，如固體內裂紋的形成和擴展（裂紋的傳播）、塑性形變、晶體內位錯的移動(dòng)和位錯在釘扎點(diǎn)上的分離、孿晶邊界的移動(dòng)、復合材料內基體或夾雜物的破裂、分層或纖維的斷裂以及物質(zhì)結構的變化（包括相變）等。不同的源機制對應不同的發(fā)射聲波，因而也對應不同的AE信號。盡管引起聲發(fā)射的外部原因是多種多樣的，但其共同點(diǎn)都是由于外部條件的變化（應力、溫度和電磁場(chǎng)等），引起物體或結構某一局部或某些部分變得不穩定并迅速釋放出能量。AE是正在擴展的材料缺陷（裂紋）的指示器，沒(méi)有擴展，裂紋或材料的缺陷處于靜止狀態(tài)，就沒(méi)有能量的重新分配，也就沒(méi)有聲發(fā)射。換句話(huà)說(shuō)，只有當物體受到了永久性形變或永久性損傷時(shí)才會(huì )產(chǎn)生聲發(fā)射。正因為這樣，AE技術(shù)是檢測材料損傷，特別是早期損傷的有利工具，也是對材料或結構狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測的重要方法。與此相適應，聲發(fā)射信號處理的主要任務(wù)則應當包括AE源識別、AE源定位和損傷評價(jià)等內容。
1 聲發(fā)射信號及信號處理的困難所在
與其它無(wú)損檢測方法不同的是，AE信號處理技術(shù)面臨的最大難題，或最大困惑首先是AE源的多樣性、信號本身的突發(fā)性和不確定性。在進(jìn)行超聲或渦流檢測時(shí)，人們可準確知道注入被檢材料中信號的特征（幅度、頻率和波形等），并由此可知接收信號的相應特征或相當發(fā)生的變化。而對于A(yíng)E檢測技術(shù)而言，情況卻完全不同。不同的AE源機制可以產(chǎn)生完全不同的AE信號，而人們對AE源機制的認識總是受到很多條件的限制。因此，說(shuō)極端一點(diǎn)，檢測人員有時(shí)幾乎不知道真正的AE信號究竟應是什么樣子。其次，AE信號傳輸途徑的影響也是一個(gè)完全不容忽視的因素，但問(wèn)題在于，傳輸途徑又與AE源位置、被檢對象性質(zhì)（材質(zhì)、形狀和幾何尺寸）、聲耦合劑特征以及接收傳感器位置等諸多因素有關(guān)。圖1可以說(shuō)明這一問(wèn)題。
聲源S(t) 輸出信號F(t)
由圖1可見(jiàn)，AE傳感器所獲得的信號至少是聲源、傳輸介質(zhì)、耦合介質(zhì)和換能器響應等因素的綜合結果，在數學(xué)上可表示為
F（t）= S（t）* M（t）* C（t）* R（t）
式中 S（t）——聲源的時(shí)域函數
M（t）——傳輸介質(zhì)的脈沖響應函數（格林函數）
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