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聲發(fā)射信號處理和分析技術(shù)

作者: 時間:2013-11-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
處理和分析技術(shù)

摘 要:介紹技術(shù)發(fā)展簡況、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;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(nèi)部迅速釋放能量而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的一種物理現(xiàn)象,而AE信號則表示一個或多個AE事件經(jīng)傳感器接受并經(jīng)系統(tǒng)處理后以某種形式出現(xiàn)的電信號。當(dāng)材料遇到“麻煩”時,它們會“講話”,我們可以利用聲發(fā)射設(shè)備來“聽”諸如裂紋擴(kuò)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(yīng)的彈性波并不僅局限于可聽聲域,在絕大多數(shù)情況下,其有效頻譜范圍可伸展到數(shù)兆赫甚至數(shù)十兆赫頻段。所以嚴(yán)格地講,聲發(fā)射應(yīng)當(dāng)被稱為應(yīng)力波發(fā)射,但由于歷史的原因,人們已習(xí)慣于將其稱為聲發(fā)射。AE的原機(jī)制是各種各樣的,如固體內(nèi)裂紋的形成和擴(kuò)展(裂紋的傳播)、塑性形變、晶體內(nèi)位錯的移動和位錯在釘扎點上的分離、孿晶邊界的移動、復(fù)合材料內(nèi)基體或夾雜物的破裂、分層或纖維的斷裂以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化(包括相變)等。不同的源機(jī)制對應(yīng)不同的發(fā)射聲波,因而也對應(yīng)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,但其共同點都是由于外部條件的變化(應(yīng)力、溫度和電磁場等),引起物體或結(jié)構(gòu)某一局部或某些部分變得不穩(wěn)定并迅速釋放出能量。AE是正在擴(kuò)展的材料缺陷(裂紋)的指示器,沒有擴(kuò)展,裂紋或材料的缺陷處于靜止?fàn)顟B(tài),就沒有能量的重新分配,也就沒有聲發(fā)射。換句話說,只有當(dāng)物體受到了永久性形變或永久性損傷時才會產(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(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測的重要方法。與此相適應(yīng),聲發(fā)射信號處理的主要任務(wù)則應(yīng)當(dāng)包括AE源識別、AE源定位和損傷評價等內(nèi)容。
1 聲發(fā)射信號及信號處理的困難所在
與其它無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,人們可準(zhǔn)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(yīng)特征或相當(dāng)發(fā)生的變化。而對于AE檢測技術(shù)而言,情況卻完全不同。不同的AE源機(jī)制可以產(chǎn)生完全不同的AE信號,而人們對AE源機(jī)制的認(rèn)識總是受到很多條件的限制。因此,說極端一點,檢測人員有時幾乎不知道真正的AE信號究竟應(yīng)是什么樣子。其次,AE信號傳輸途徑的影響也是一個完全不容忽視的因素,但問題在于,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可以說明這一問題。
聲源S(t) 輸出信號F(t)
由圖1可見,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(yīng)等因素的綜合結(jié)果,在數(shù)學(xué)上可表示為
F(t)= S(t)* M(t)* C(t)* R(t)
式中 S(t)——聲源的時域函數(shù)
M(t)——傳輸介質(zhì)的脈沖響應(yīng)函數(shù)(格林函數(shù))

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