聲發(fā)射檢測原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)聲發(fā)射檢測原理 日期：2005-10-01 來自： 一、聲發(fā)射檢測原理聲發(fā)射技術(shù)，是一種動態(tài)非破壞檢測技術(shù)，涉及聲發(fā)射源、波的傳播、聲電轉(zhuǎn)換、信號處理、數(shù)據(jù)顯示與紀(jì)錄、解釋與評定等基本概念，基本原理如下圖所示。廣義而言，聲發(fā)射是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象。材料在應(yīng)力作用下的變形與裂紋擴展，是結(jié)構(gòu)失效的重要機制。這種直接與變形和斷裂機制有關(guān)的彈性波源，通常稱為典型聲發(fā)射源。流體泄漏、摩擦、撞擊、燃燒、磁疇壁運轉(zhuǎn)等與變形和斷裂機制無直接關(guān)系的另一類源，

2、稱為其它或二次聲發(fā)射源。聲發(fā)射波的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻直到超聲頻，可包括數(shù)Hz到數(shù)MHz；其幅度從微觀的位錯轉(zhuǎn)動到大規(guī)模宏觀斷裂在很大的范圍內(nèi)變化，按傳感器的輸出可包括數(shù)到數(shù)百，不過多數(shù)為止能用高靈敏傳感器才能探測到的微弱振動。用最靈敏的傳感器，可探測到約為表面振動。聲發(fā)射源發(fā)出的彈性波，經(jīng)介質(zhì)傳播到達被檢體表面，引起表面的機械振動。聲發(fā)射傳感器將表面的瞬態(tài)位移轉(zhuǎn)換成電信號。聲發(fā)射信號在經(jīng)放大、處理后，其波形和特性參數(shù)被紀(jì)錄與顯示。最后，經(jīng)數(shù)據(jù)的分析與解釋，評定出聲發(fā)射源的特性。聲發(fā)射檢測的主要目標(biāo)是：(1)確定聲發(fā)射源的部位；(2)鑒別聲發(fā)射源的類型；(3)確定聲發(fā)射聲生的時間和載荷

3、；(4)評定聲發(fā)射源的重要性。一般而言，對超標(biāo)聲發(fā)射源，要用其它非破壞檢測方法進行局部復(fù)檢，已精確確定缺陷的性質(zhì)與大小。二、聲發(fā)射技術(shù)的特點與其它非破壞檢測相比，聲發(fā)射技術(shù)具有兩個基本差別：(1)檢測動態(tài)缺陷，如缺陷擴展，而不是檢測靜態(tài)缺陷；(2)缺陷的信息直接來自缺陷本身，而不是靠外部輸入掃查缺陷。這種差別導(dǎo)致該技術(shù)具有以下優(yōu)點和局限性。1.優(yōu)點（1）可檢測對結(jié)構(gòu)安全更為有害的活動性缺陷。能提供缺陷在應(yīng)力作用下的動態(tài)信息，適于評價缺陷對結(jié)購的實際有害程度。（2）對大型構(gòu)件，可提供整體或大范圍的快速檢測。由于不并進行繁雜的掃查操作，而只要布置好足夠數(shù)量的傳感器，經(jīng)一次加載或試驗過程，就可確定缺

4、陷的部位，從而省工、省時、易于提高檢測效率。（3）可提供缺陷隨載荷、時間、溫度等外部變量而變化的實時或連續(xù)信息，因而適用于運行過程在在線監(jiān)控及早期破壞預(yù)測。（4）由于對被檢件的接近要求不高，而適于其它方法難以或不能接近環(huán)境下的檢測，如高低溫、核輻射、易燃、易爆及據(jù)毒等環(huán)境。（5）于由對構(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。2.局限性（1）聲發(fā)射特性對材料甚為敏感，又易受到機電噪音的干擾，因而對數(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。（2）聲發(fā)射檢測，需要適當(dāng)?shù)募虞d程序且一般僅有一或二次加載檢測的機會。多數(shù)情況下，可利用現(xiàn)成的加載條件，但有時還需要特殊準(zhǔn)備。

5、（3）聲發(fā)射檢測所發(fā)現(xiàn)缺陷的定性定量，能需依賴于其它非破壞檢測方法。由于上述特點，現(xiàn)階段聲發(fā)射技術(shù)主要用于：(1)其它方法難以或不能適用的環(huán)境與對象；(2)重要構(gòu)件的綜合評價；(3)與安全性和經(jīng)濟性關(guān)系重大的對象。因此，聲發(fā)射技術(shù)不適替代傳統(tǒng)的方法，而是一種新的補充手段。三、影響聲發(fā)射特性的因素聲發(fā)射來自材料的變形與斷裂機制，因而所有影響變形與斷裂機制的因素均構(gòu)成影響聲發(fā)射特性的因素，主要包括：1.材料，包括成分、組織、結(jié)構(gòu)，例如進屬材料中的晶格類型、晶粒尺寸、夾雜、第二相、缺陷，復(fù)合材料中的基材、增強劑、界面、纖維方向、殘余應(yīng)力等。2.試件，包括尺寸與形狀。3.應(yīng)力，包括應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變率、受

6、載歷史。4.環(huán)境，包括溫度、腐蝕介質(zhì)。這些因素對合理選擇檢測條件、正確解釋檢測結(jié)果，均為需要考慮的基本問題。1.凱塞效應(yīng)材料的受載歷史，對重復(fù)加載聲發(fā)射特性有重要影響。重復(fù)載荷到達原先所加最大載荷以前不發(fā)生明顯聲發(fā)射，這種聲發(fā)射不可逆性質(zhì)稱為凱塞效應(yīng)。多數(shù)金屬材料中，可觀察到明顯的凱塞效應(yīng)。但是重復(fù)加載前，如產(chǎn)生新裂紋或其它可逆聲發(fā)射機制，則凱塞效應(yīng)會消失。凱塞效應(yīng)在聲發(fā)射技術(shù)中有著重要用途，包括：(1)在役構(gòu)件新生裂紋的定期過載聲發(fā)射檢測；(2)巖體等原先所受最大應(yīng)力的推定；(3)疲勞裂紋起始與擴展聲發(fā)射檢測；(4)通過預(yù)載措施消除加載銷孔的噪音干擾；(5)加載過程中常見的可逆性摩擦噪音的鑒

7、別。2.費利西蒂效應(yīng)和費力西蒂比材料重復(fù)加載時，重復(fù)載荷到達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)，也可認(rèn)為是反凱塞效應(yīng)。重復(fù)加載時的聲發(fā)射起始載荷()對原先所加最大載荷()之比()，稱為費利西蒂比。費利西蒂比做唯一種定量參數(shù)，較好地反應(yīng)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)重性的重要評定判據(jù)。費利西蒂比大于1表示凱塞效應(yīng)成立，而小于1則表示不成立。在一些復(fù)合材料構(gòu)件中，費利西蒂比小于0.95常作為聲發(fā)射超標(biāo)的重要判據(jù)。四、檢測設(shè)備1.聲發(fā)射傳感器（1）傳感器工作原理某些晶體受力產(chǎn)生變形時，其表面出現(xiàn)電荷，而在電場的作用下，芯片又會發(fā)生彈性變形，這種現(xiàn)象稱為壓電效

8、應(yīng)。常用聲發(fā)射傳感器的工作原理，基于晶體組件的壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波所引起的被檢件表面振動轉(zhuǎn)換成電壓信號，供于信號處理。壓電材料多為非金屬介晶體管，包括：鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等多晶體和鈮酸鋰、碘酸鋰、硫酸鋰等單晶體。其中鋯鈦酸鉛()接收靈敏度高，式聲發(fā)射傳感器常用壓電材料。鈮酸鋰晶體居里點高達1200，常用作高溫傳感器。傳感器的特性包括：頻響寬度、諧振頻率、幅度靈敏度，取決于許多因素，包括：(1)晶體的形狀、尺寸及其彈性和壓電常數(shù)；(2)芯片的阻尼塊及殼體中安裝方式；(3)傳感器的耦合、安裝及試件的聲學(xué)特性。（2）類型與選擇傳感器屬檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其響應(yīng)多敏感于表面振動的垂直位移，包括：

9、位移、位移速度、位移加速度，這主要取決于傳感器的頻率響應(yīng)和靈敏度特性。傳感器可分為壓電型、電容型和光學(xué)型。其中，常用的壓電型有可分為：諧振式(單端和差動式)、寬帶帶式、錐型式、高溫式、微型、前放內(nèi)置式、潛水式、定向式、空氣耦合式和可轉(zhuǎn)動式，其主要類型、特點和適用范圍如下表所示。此部分內(nèi)容只有注冊會員才能看到六、檢測系統(tǒng)選擇1.檢測對象與目的（1）被檢材料：聲發(fā)射信號的頻域、幅度、頻度特性隨材料類型有很大不同，例如，金屬材料的頻域約為數(shù)kHz至數(shù)MHz，復(fù)合材料約為數(shù)kHz至數(shù)百kHz，巖石和混凝土約為數(shù)百Hz至數(shù)百kHz。對不同材料須考慮不同的工作頻率。（2）檢測對象：對試驗室材料試驗、現(xiàn)場構(gòu)件檢測、各類工業(yè)過程監(jiān)視等不同的檢測，需選擇不同類型的系統(tǒng)，例如，對實驗室研究，多選用通用形；對大型構(gòu)件，采用多通道形；對過程監(jiān)視，選用專用形。（3）所需信息類型：根據(jù)所需信息類型和分析方法，需要考慮檢測系統(tǒng)的性能與功能，如信號參數(shù)、波形紀(jì)錄、原定位、信號鑒別、及實時或事后分析與顯示等。2.影響選擇的因素選擇檢測系統(tǒng)時需要考慮的主要因素如下表所示。七、聲發(fā)射檢測應(yīng)用1.材料表征應(yīng)用聲發(fā)射作為實驗室材料研究的工具已有較長的應(yīng)用歷史。通過對材料表征實驗過程的聲發(fā)射監(jiān)視，建立聲發(fā)射、微觀機制、力學(xué)特性之間的