声发射技术AE简介及研究方法.pptx

AE技术的国内外研究现状AE技术在工程中的实际应用结论和今后研究方向AE技术的研发背景0 1020304目录AE技术的研发背景0 1 材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission,简称AE)，有时也称为应力波发射。定义物理现象自然现象材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，被称为其它或二次声发射源。利用这种“应力波发射”进行的无损检测，具有其他无损检测方法无法替代的效果。各种材料声发射信 号的频率范围很宽，从几Hz的次声频、20 Hz20K Hz的声频到数MHz的超声频；声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术，人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。声发射和微振动都是自然界中随时发生的自然现象，尽管无法考证人们何时首次听到声发射，但诸如折断树技、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。可以十分肯定地推断“锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现象，因为纯锡在塑性变形期间机械孪晶产生可听得到的声发射，而铜和锡的冶炼可追溯到公元前3700年。AE技术的国内外研究现状022.AE技术在国内发展现状1.AE技术在国外发展现状 现代声发射技术的开始以Kaiser二十世纪五十年代初在德国所作的研究工作为标志。他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即：“材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。现在人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。二十世纪五十年代末和六十年代，美国和日本许多工作者在实验室中作了大量工作，研究了各种材料声发射源的物理机制，并初步应用于工程材料的无损检测领域。Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器的检测。美国于1967年成立了声发射工作组，日本于1969年成立了声发射协会。1.AE技术在国外发展现状 二十世纪七十年代初,Dunegan等人开展了现代声发射仪器的研制，他们把仪器测试频率提高到100KHz-1MHz的范围内,这是声发射实验技术的重大进展,现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。随着现代声发射仪器的出现，整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用，尤其在化工容器、核容器和焊接过程的控制方面取得了成功。Drouillard于1979年统计出版了1979年以前世界上发表的声发射论文目录2,据他的统计,到1986年底世界上发表有关声发射的论文总数已超过5000篇3。1.AE技术在国外发展现状 八十年代初，美国PAC公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统,设计出了体积和重量较小的第二代源定位声发射检测仪器,并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件,通过微处理计算机控制,可以对被检测构件进行实时声发射源定位监测和数据分析显示。由于第二代声发射仪器体积和重量小易携带，从而推动了八十年代声发射技术进行现场检测的广泛应用，另一方面，由于采用286及更高级的微处理机和多功能检测分析软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提高，仪器的信息存储量巨大，从而提高了声发射检测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。1.AE技术在国外发展现状进入九十年代，美国PAC公司、美国DW公司、德国Vallen Systeme公司和中国广州声华公司先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。2.AE技术在国内发展现状进进入入二二十十一一世世纪纪以以后后，随随着着计计算算机机技技术术以以及及通通信信技技术术的的快快速速发发展展，声声发发射射检检测测技技术术的的应应用用更更加加广广泛泛，可可以以完完成成更更加加复复杂杂的的检检测测内内容容。我我国国自自 1973 年年建建成成第第一一套套声声发发射射实实验验设设备备以以来来，已已经经先先后后研研制制了了不不同同通通道道的的多多种种型型号号声声发发射射检检测测系系统统。上上世世纪纪 80年年代代中中期期，我我国国已已经经在在压压力力容容器器的的无无损损检检测测当当中中应应用用到到了了声声发发射射检检测测技技术术，目目前前在在各各种种材材料料加加工工诊诊断断以以及及声声发发射射仪仪器器制制造造等等方方面面也也开开展展了了广广泛泛的的研研究究和和探探索索，但但在在大大型型起起重重机机上上进进行行声声发发射射检检测测及及安安全全评评价价的的研研究究还还是是一一个个比比较较新新的的课课题题，需需要要在在前前人人研研究成果的基础上进行进一步探索。究成果的基础上进行进一步探索。2.1发展状况2.2相关学术活动 在学术交流活动方面，我国于1978年随着全国无损检测学会的建立成立了声发射专业委员会，并于1979年在黄山召开了第一届全国声发射会议；近10年来已固定每年召开一次声发射专业委员全体会议，并进行小规模的学术交流活动，每两年召开一次全国学术会议进行大规模的学术交流活动和仪器演示活动，到目前为止已召开了九届，具体的会议时间和地点如表1所示，每次学术会议均出版论文集，收集论文40到50篇，与会代表60到80人。表表1 中国声发射学术会议举办的地点与时间中国声发射学术会议举办的地点与时间届次届次1234567891011121314时间 1979.71983.41986.111989.81993.91995.101997.101999.62001.82004.072006.082009.072012.082014.8地点黄山桂林长春青岛张家界峨眉山北京上海成都大庆杭州南京济南兰州2.3人员和仪器现状 据估计，我国目前约有据估计，我国目前约有60多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作，从业门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作，从业人员人员200多人。在人员培训方面，已有多人。在人员培训方面，已有5人以上以声发射检测技术的有关研究内容人以上以声发射检测技术的有关研究内容为论文题目获得博士学位，有为论文题目获得博士学位，有50多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面，多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面，航天工业无损检测人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训航天工业无损检测人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训II级检验人员级检验人员30多多人，国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人，国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人员资格考试委员会于人员资格考试委员会于2002年已培训年已培训II级检验人员级检验人员80多人。多人。在仪器制造和销售方面，国内主要有科海恒生公司、广州声华公司和沈阳电在仪器制造和销售方面，国内主要有科海恒生公司、广州声华公司和沈阳电子所等，科海恒生公司制造和销售子所等，科海恒生公司制造和销售232通道通道CFAE-2001系列的参数式多通道声系列的参数式多通道声发射仪器，广州声华公司制造和销售发射仪器，广州声华公司制造和销售232通道通道WAE2000系列的数字化全波形多系列的数字化全波形多通道声发射仪，沈阳电子所主要制造和销售通道声发射仪，沈阳电子所主要制造和销售28通道的多通道声发射仪。另外一通道的多通道声发射仪。另外一些单位针对具体设备的工程检测，基于声发射技术的原理研制出具有单一功能的些单位针对具体设备的工程检测，基于声发射技术的原理研制出具有单一功能的专用检测仪器，这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪（沈阳电子专用检测仪器，这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪（沈阳电子所）、高压变压器局部放电检测仪（沈阳变压器厂和北京电力科学研究院）、摩所）、高压变压器局部放电检测仪（沈阳变压器厂和北京电力科学研究院）、摩擦声发射检测仪（北京航空航天大学）、岩石状态监测仪（广州声华公司）、声擦声发射检测仪（北京航空航天大学）、岩石状态监测仪（广州声华公司）、声发射燃条燃速测试仪（航天总公司发射燃条燃速测试仪（航天总公司44所）、高精度声发射对刀装置（国防科技大所）、高精度声发射对刀装置（国防科技大学）以及刀具破损监测仪等。学）以及刀具破损监测仪等。在现有声发射仪器设备的保有量方面，估计约有在现有声发射仪器设备的保有量方面，估计约有32通道及以上的仪器通道及以上的仪器20多台，多台，8到到24通道的仪器通道的仪器40多台，多台，1到到4通道的仪器通道的仪器100多台。主要仪器机型为美国多台。主要仪器机型为美国PAC公公司的司的LOCAN、SPARTAN和和MISTRAS系列，德国系列，德国VALLEN公司的公司的AMSY系列，国系列，国内科海恒生公司的内科海恒生公司的CFAE系列，广州声华公司的系列，广州声华公司的WAE系列和沈阳电子所的声发射系列和沈阳电子所的声发射仪。仪。2.4标准状况 我国声发射检测标准的制定，既迟后于国内其它常规无损检测方法，我国声发射检测标准的制定，既迟后于国内其它常规无损检测方法，也与美国有很大的差距，但在许多方面已取得进展，检测术语、检测仪性也与美国有很大的差距，但在许多方面已取得进展，检测术语、检测仪性能测试、金属压力容器检测方法、钛合金压力容器检测方法、复合材料构能测试、金属压力容器检测方法、钛合金压力容器检测方法、复合材料构件检测方法和在役金属容器检测方法等已分别颁布国家标准、国家军用标件检测方法和在役金属容器检测方法等已分别颁布国家标准、国家军用标准和行业标准，其余尚处在企业或内部标准阶段。目前已颁布主要声发射准和行业标准，其余尚处在企业或内部标准阶段。目前已颁布主要声发射标准目录如下：标准目录如下：GBT 12604.42005 声发射检测术语声发射检测术语GBT 181822000 金属压力容器声发射检测及结果评价方法金属压力容器声发射检测及结果评价方法GJB 20441994 钛合金压力容器检测方法钛合金压力容器检测方法JBT 82831995 检测仪性能测试方法检测仪性能测试方法JB/T 76671995 在役压力容器声发射检测评定方法在役压力容器声发射检测评定方法JB/T 69161993 在役高压气瓶声发射检测和评定方法在役高压气瓶声发射检测和评定方法JB/T 76671995 在役压力容器声发射检测评定方法（在役压力容器声发射检测评定方法（JBT Q7531989修订）修订）QJ 29141996 复合材料构件声发射检测方法复合材料构件声发射检测方法GB/T 198002005 无损检测无损检测 声发射检测声发射检测 换能器的一级校准换能器的一级校准GB/T 198012005 无损检测无损检测 声发射检测声发射检测 换能器的二级校准换能器的二级校准JB/T 107642007 常压金属储罐声发射检测及评价方法常压金属储罐声发射检测及评价方法AE技术在工程中的实际应用03目前声发射技术作为一种成熟的无损检测方法，已被广泛应用于许多领域，主要包括以下方面：(1)(1)石石油油化化工工工工业业：各各种种压压力力容容器器、压压力力管管道道和和海海洋洋石石油油平平台台的的检检测测和和结结构构完整性评价，常压贮罐底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。完整性评价，常压贮罐底部、各种阀门和埋地管道的泄漏检测等。(2)(2)电电力力工工业业：高高压压蒸蒸汽汽汽汽包包、管管道道和和阀阀门门的的检检测测和和泄泄漏漏监监测测，汽汽轮轮机机叶叶片片的检测，汽轮机轴承运行状况的监测，变压器局部放电的检测。的检测，汽轮机轴承运行状况的监测，变压器局部放电的检测。(3)(3)材材料料试试验验：材材料料的的性性能能测测试试、断断裂裂试试验验、疲疲劳劳试试验验、腐腐蚀蚀监监测测和和摩摩擦擦测测试试,铁磁性材料的磁声发射测试等。铁磁性材料的磁声发射测试等。(4)(4)民民用用工工程程：楼楼房房、桥桥梁梁、起起重重机机、隧隧道道、大大坝坝的的检检测测，水水泥泥结结构构裂裂纹纹开开裂和扩展的连续监视等。裂和扩展的连续监视等。1(5)(5)航航 天天 和和 航航 空空 工工 业业：航航 空空 器器 壳壳 体体 和和 主主 要要 构构 件件 的的 检检 测测 和和 结结 构构 完完 整整 性性 评评 价价，航航 空空 器器 的的 时时 效效 试试 验验、疲劳疲劳试验检测和运行过程中的在线连续监测等。试验检测和运行过程中的在线连续监测等。(6)(6)金金属属加加工工：工工具具磨磨损损和和断断裂裂的的探探测测，打打磨磨轮轮或或整整形形装装置置与与工工件件接接触触的的探探测测，修修理理整整形形的的验验 证证，金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。(7)交交通通运运输输业业：长长管管拖拖车车、公公路路和和铁铁路路槽槽车车及及船船舶舶的的检检测测和和缺缺陷陷定定位位，铁铁路路材材料料和和结结构构的的裂裂 纹纹探探测测，桥桥梁梁和和隧隧道道的的结结构构完完整整性性检检测测，卡卡车车和和火火车车滚滚珠珠轴轴承承和和轴轴颈颈轴轴承承的的状状态态监监测测，火火车车车车轮轮和和轴轴承承的断裂探测。的断裂探测。(8)其他：硬盘的干扰探测，带压瓶的完整性检测，庄稼和树木的干旱应力监测，磨损摩擦监测，岩其他：硬盘的干扰探测，带压瓶的完整性检测，庄稼和树木的干旱应力监测，磨损摩擦监测，岩石探测，地质和地震上的应用，发动机的状态监测，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测，石探测，地质和地震上的应用，发动机的状态监测，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测，汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测，汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测，Li/MnO2电池的充放电监测，人骨头的摩擦、受力和破电池的充放电监测，人骨头的摩擦、受力和破坏特性试验，骨关节状况的监测。坏特性试验，骨关节状况的监测。2 根据声发射信号的波形形式，根据声发射信号的波形形式，可以将其分为连续型声发射信可以将其分为连续型声发射信号和突发型声发射信号两种类型。号和突发型声发射信号两种类型。对于突发型声发射信号而言，对于突发型声发射信号而言，它是断续的，它是断续的，可以在时间上分开；可以在时间上分开；而对于连续型声发射信号而言，而对于连续型声发射信号而言，其随时间变化是不间断的。其随时间变化是不间断的。在实际的检测当中，在实际的检测当中，如何选择合适的如何选择合适的信号处理方法对于准确分析声发射信号的特点至关重要；信号处理方法对于准确分析声发射信号的特点至关重要；这也是这也是声发射检测技术研究中的热点内容。声发射检测技术研究中的热点内容。随着声发射技术的逐渐成熟，随着声发射技术的逐渐成熟，形成了几种较为成熟的声发射信号处理和分析方法。形成了几种较为成熟的声发射信号处理和分析方法。其中，其中，以信以信号参数特征为基础的图形分析方法和声发射信号波形的分析方法号参数特征为基础的图形分析方法和声发射信号波形的分析方法是目前应用较为广泛的两类解决方案。是目前应用较为广泛的两类解决方案。声发射信号处理方法的研究现状声发射信号处理方法的研究现状 通过声发射传感器对声发射源信号进行采集，通过声发射传感器对声发射源信号进行采集，结合声发射信结合声发射信号分析系统对声发射信号源的特征参数进行提取分析，号分析系统对声发射信号源的特征参数进行提取分析，以此来研以此来研究声发射源的特性是声发射参数分析方法的主要内容。究声发射源的特性是声发射参数分析方法的主要内容。到目前为到目前为止，止，声发射检测技术中应用最普遍的分析方法是声发射信号的参声发射检测技术中应用最普遍的分析方法是声发射信号的参数分析方法。数分析方法。该方法将声发射信号的不同参数进行单独或关联分该方法将声发射信号的不同参数进行单独或关联分析，析，通过所得的参数特征图达到对声发射信号源的特征进行研究通过所得的参数特征图达到对声发射信号源的特征进行研究和分析的目的。表示了常用声发射特征参数的定义。和分析的目的。表示了常用声发射特征参数的定义。在声发射信在声发射信号的参数分析法中，号的参数分析法中，研究者通常将某个特征参数看成是时间的函研究者通常将某个特征参数看成是时间的函数，数，以此来研究该特征随声发射信号的时间变化规律。以此来研究该特征随声发射信号的时间变化规律。或者也可或者也可以对各个参数进行关联性分析，以对各个参数进行关联性分析，通过不同参数之间组成的关联性通过不同参数之间组成的关联性变化趋势图，变化趋势图，对不同声发射信号源的特征进行区别和分析。对不同声发射信号源的特征进行区别和分析。2.1 参数分析方法参数分析方法 2.2 波形分析方法波形分析方法 波形分析方法是表达声发射信号源特征最精确的方法，因为声发射波形包含声发射源的所有特征信息，利用信号处理的相关方法对声发射波形进行处理分析并以此来获取声发射信息。随着信号处理技术的快速发展，研究者们利用现代信号处理手段进行波形分析与处理，以得到更加精确的声发射源信息，波形分析方法已经逐步成为声发射源特征获取的主要方法。把信号从时域谱转换到频域谱进行信号特征的研究分析的方法叫做频谱分析法。把信号从时域谱转换到频域谱进行信号特征的研究分析的方法叫做频谱分析法。现代谱分析方法和傅里叶分析方法是频谱分析法的主要组成部分，通过频谱分析方现代谱分析方法和傅里叶分析方法是频谱分析法的主要组成部分，通过频谱分析方法对声发射信号进行分析，可以得到声发射信号的频域信息，信号的频率组成是信法对声发射信号进行分析，可以得到声发射信号的频域信息，信号的频率组成是信号处理的重要内容，通过信号频谱结构可以对声发射信号源的信息进行准确判断。号处理的重要内容，通过信号频谱结构可以对声发射信号源的信息进行准确判断。近年来，研究者在频谱分析方面做了大量的探究，并获取了一系列研究成果。杨占近年来，研究者在频谱分析方面做了大量的探究，并获取了一系列研究成果。杨占才等利用声发射信号的频谱特性对汽车发动机缸体磨损过程中的声发射信号进行了才等利用声发射信号的频谱特性对汽车发动机缸体磨损过程中的声发射信号进行了系统分析，准确的得到了汽车缸体的磨损信号特征，刘时风利用现代谱估计理论；系统分析，准确的得到了汽车缸体的磨损信号特征，刘时风利用现代谱估计理论；通过对压力容器上所采集到的焊缝缺陷声发射信号进行分析研究，总结出了压力容通过对压力容器上所采集到的焊缝缺陷声发射信号进行分析研究，总结出了压力容器典型焊缝缺陷的声发射信号源特征与信号功率谱之间的相互联系。唐顽等研究的器典型焊缝缺陷的声发射信号源特征与信号功率谱之间的相互联系。唐顽等研究的铝弹丸超高速撞击单层板实验中不同模式下声发射信号源的频谱特征，对超高速声铝弹丸超高速撞击单层板实验中不同模式下声发射信号源的频谱特征，对超高速声发射信号与撞击工况和损伤模式分析具有很好的指导作用。频谱分析不仅可以准确发射信号与撞击工况和损伤模式分析具有很好的指导作用。频谱分析不仅可以准确的提取声发射信号源的特征，还可以了解声发射信号源的频率成分。声发射信号是的提取声发射信号源的特征，还可以了解声发射信号源的频率成分。声发射信号是一种非平稳信号，一种非平稳信号，而频谱分析则是一种全局分析方法，它所针对的主要是平稳信而频谱分析则是一种全局分析方法，它所针对的主要是平稳信号，因此频谱分析方法能对特定时间段的信号特性进行准确的判断和提取不规则的号，因此频谱分析方法能对特定时间段的信号特性进行准确的判断和提取不规则的信号。信号。2.2.1频谱分析法频谱分析法 模态声发射分析法是通过对信号源所产生的信号进行分析来获取声发射源特征的方法，模态声发射分析法是通过对信号源所产生的信号进行分析来获取声发射源特征的方法，它的理论它的理论基础是板波理论。它是声发射检测技术近些年来新的发展和研究方向是由基础是板波理论。它是声发射检测技术近些年来新的发展和研究方向是由 Gorman于于 1991 年首次提出年首次提出的。他以经典板波理论为基础对复合材料中的声发射信号进行了分析研究，利用声发射信号波形成功的。他以经典板波理论为基础对复合材料中的声发射信号进行了分析研究，利用声发射信号波形成功的对声发射信号源进行了准确识别。他认为，声发射源信号包含了多种模式的应力波成分，每种信号的对声发射信号源进行了准确识别。他认为，声发射源信号包含了多种模式的应力波成分，每种信号模式在被检对象中的波速和频率是不尽相同的。利用高分辨率的宽带传感器采集声发射信号并将不同模式在被检对象中的波速和频率是不尽相同的。利用高分辨率的宽带传感器采集声发射信号并将不同的模式下的信号进行分离，就可以找到与声发射源相关的声发射信号，通过相关信号分析既可以找出的模式下的信号进行分离，就可以找到与声发射源相关的声发射信号，通过相关信号分析既可以找出声发射源的特征。近些年来很多学者在模态声发射研究方面有所成就。声发射源的特征。近些年来很多学者在模态声发射研究方面有所成就。Carpenter等人利用模态分析对等人利用模态分析对铝合金试样的声发射信号进行分析，对裂纹扩展铝合金试样的声发射信号进行分析，对裂纹扩展,结构表面摩擦剂干扰电信号进行了准确识别。龚仁荣结构表面摩擦剂干扰电信号进行了准确识别。龚仁荣等利用模态声发射理论，对三角形和椭圆的平面定位方法进行了探索研究，并得出了相关研究成果。等利用模态声发射理论，对三角形和椭圆的平面定位方法进行了探索研究，并得出了相关研究成果。李耀东等通过研究模态声发射理论，实现了材料的裂纹扩展速率与声发射模态参数对应关系的建立。李耀东等通过研究模态声发射理论，实现了材料的裂纹扩展速率与声发射模态参数对应关系的建立。声发射信号源的位置、信号的衰减等相关因素对模态声发射理论的应用有较直接的联系；因此要准确声发射信号源的位置、信号的衰减等相关因素对模态声发射理论的应用有较直接的联系；因此要准确的应用模态声发射理论，必须要对板波理论进行透彻的分析和深刻的研究。的应用模态声发射理论，必须要对板波理论进行透彻的分析和深刻的研究。再者，由于模态声发射技再者，由于模态声发射技术中要应用到宽频带技术，这种技术对系统硬件的要求比较高。术中要应用到宽频带技术，这种技术对系统硬件的要求比较高。基于这些实际问题，模态声发射的研基于这些实际问题，模态声发射的研究和应用还需要经过很长时间的研究和探索。究和应用还需要经过很长时间的研究和探索。2.2.2 模态声发射分析法模态声发射分析法 声发射信号是典型的非平稳信号，它具有瞬态性和随机性的特征。声发射信号是由丰富模声发射信号是典型的非平稳信号，它具有瞬态性和随机性的特征。声发射信号是由丰富模式的信号组成的，具有多种频率成分，其信号的传播路径在不同介质中不相同，式的信号组成的，具有多种频率成分，其信号的传播路径在不同介质中不相同，且传播形式且传播形式很复杂。具有这种特性的信号来说，如何更加有效准确的获取某个时段的信号细节特征，是声很复杂。具有这种特性的信号来说，如何更加有效准确的获取某个时段的信号细节特征，是声发射信号源研究的重要内容，对准确分析声发射源特征具有重要作用。发射信号源研究的重要内容，对准确分析声发射源特征具有重要作用。这就要求声发射信号这就要求声发射信号的处理方法要兼具时域和频域的分析能力，即时频分析能力。的处理方法要兼具时域和频域的分析能力，即时频分析能力。短时傅里叶分析和小波分析是短时傅里叶分析和小波分析是现阶段应用较为广泛的分析方法。小波分析以对信号进行变时窗分析现阶段应用较为广泛的分析方法。小波分析以对信号进行变时窗分析(对信号中低频成分采用对信号中低频成分采用较宽的时窗对信号中的高频成分采用较窄的时窗较宽的时窗对信号中的高频成分采用较窄的时窗)为特点，因此，小波分析既具有时域局部分为特点，因此，小波分析既具有时域局部分析特征，又具有频域局部分析特征，这正是声发射信号分析所需要的。在当前的声发射信号处析特征，又具有频域局部分析特征，这正是声发射信号分析所需要的。在当前的声发射信号处理研究中，小波分析方法即是研究重点也是研究热点。理研究中，小波分析方法即是研究重点也是研究热点。对声发射信号的传播特性分析及衰减对声发射信号的传播特性分析及衰减特性等的分析是小波分析方法的主要应用方面。特性等的分析是小波分析方法的主要应用方面。Suzuki对复合材料微观破坏模式的声发射信对复合材料微观破坏模式的声发射信号分别进行短时傅里叶分析、快速傅里叶分析及小波分析研究，结果表明三种分析方法中小波号分别进行短时傅里叶分析、快速傅里叶分析及小波分析研究，结果表明三种分析方法中小波分析能够获取的声发射源特征信息最多。分析能够获取的声发射源特征信息最多。Toyama利用小波分析的相关研究方法；准确得出两利用小波分析的相关研究方法；准确得出两种不同模式的波在同种材料中传播时间，利用时差定位原理对声发射源实际位置进行了准确的种不同模式的波在同种材料中传播时间，利用时差定位原理对声发射源实际位置进行了准确的定位研究并达到了很好的定位效果。目前来说，小波分析是对声发射信号进行分析和处理的比定位研究并达到了很好的定位效果。目前来说，小波分析是对声发射信号进行分析和处理的比较热门的方法，较热门的方法，随着声发射技术逐步向实际应用方向发展，小波分析技术也逐渐向分析实际随着声发射技术逐步向实际应用方向发展，小波分析技术也逐渐向分析实际工程应用问题发展。工程应用问题发展。2.2.3时频分析方法时频分析方法3.13.1.1材料材料 本文研究对象为振华港机RT轨道机，焊缝有一道焊，二道焊，船型一道焊，二道焊等。3.1.2加载装置及检测装置加载装置及检测装置 本实验在天津大学高频疲劳机SO3上对不同焊缝的金属试件进行疲劳加载，数据采集设备为美国物理声学公司(PAC)的数字声发射采集仪，传感器为谐振式传感器；频率范围50-200KHz；中心频率：150KHz；耦合剂：硅油脂。实验材料与装置实验材料与装置3.2实验准备3.2.1传感器布置传感器布置 传感器布置及试件尺寸如下图所示传感器布置及试件尺寸如下图所示:3.2.2仪器设置仪器设置 打开声发射采集软件AEWin，对声发射仪器的硬件参数进行设置如下表所示：其中声发射参数PDT，HDT，HLT分别代表峰定义时间，撞击定义时间，撞击闭锁时间。波速度测定为：首先在试件两端各布置一个传感器，记录两个传感器之间的距离为S，然后连接声发射仪器的1,2通道，在1号传感器根部做断铅实验，在软件行显示中观察断铅信号到达2号传感器的时间为t,则波速度v=S/t。3.2.3灵敏度标定灵敏度标定 传感器布置好后，在各个传感器根部做断铅实验，观察每个通道的幅值，若幅值达到90以上说明传感器正常，然后开始疲劳加载，打开声发射采集软件采集数据。3.3 具体参数分析具体参数分析3.3.1加载过程声发射信号的幅值特性加载过程声发射信号的幅值特性由左图可以看出，1通道幅值为45db时撞击数最多，3,4通道幅值为50db时撞击数最多，均为刚过门槛值的撞击，高幅值的撞击很少。整个过程中1通道幅值大部分在60db以下，3,4通道在500s左右幅值大幅增加，可能是震动较激烈导致。3.3.2加载过程声发射信号持续时间特性加载过程声发射信号持续时间特性 从上图可以看出三个通道声发射信号在350s左右和500s左右持续时间较长，3,4通道较1通道持续时间幅值更大，在800s附近有小的凸起，在整个加载过程持续时间分布范围较广。3.3.3 时域和频域分析时域和频域分析导出采集到的声发射信号为导出采集到的声发射信号为excel格式，每个通道截取断裂前几分钟的数据，把这些数据汇总整理后进行格式，每个通道截取断裂前几分钟的数据，把这些数据汇总整理后进行分析，得到分析，得到1,3,4通道时域和频域图如下图所示：通道时域和频域图如下图所示：从上图我们可以看出断裂时域信号有从上图我们可以看出断裂时域信号有冲击信号，频域大多集中在冲击信号，频域大多集中在100K，250K频带范围左右这可能是噪声也可能是声频带范围左右这可能是噪声也可能是声发射信号，因此我们又对各个通道刚开发射信号，因此我们又对各个通道刚开始采集一分钟左右信号进行时域和频域始采集一分钟左右信号进行时域和频域分析，四通道图如右图所示分析，四通道图如右图所示：由四通道图我们可以看出时域信号也有由四通道图我们可以看出时域信号也有冲击信号，频域主要集中在冲击信号，频域主要集中在100K和和250K左右，其余两个通道与其类似，因此可大左右，其余两个通道与其类似，因此可大致判断致判断100K和和250K为噪声信号主要来源为噪声信号主要来源于试件与夹具的摩擦和机器噪声。于试件与夹具的摩擦和机器噪声。总结总结 由以上分析我们可以得出通过声发由以上分析我们可以得出通过声发射对射对RT轨道机断裂过程进行分析，由于轨道机断裂过程进行分析，由于采集到的现场数据极其复杂，噪声信号采集到的现场数据极其复杂，噪声信号过大，单纯的参数和时域频域分析不能过大，单纯的参数和时域频域分析不能分析出具体的信号特征，下一步我们应分析出具体的信号特征，下一步我们应该寻找好的信号处理方法及算法。该寻找好的信号处理方法及算法。4