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1．聲發(fā)射檢測技術基本原理
聲發(fā)射(ACOUSTIC EMISSION,簡稱AE) 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，也稱為應力波發(fā)射。聲發(fā)射是一種常見的物理現(xiàn)象，大多數(shù)工程材料變形和斷裂時都有聲發(fā)射產(chǎn)生，如果釋放的應變能足夠大，還可產(chǎn)生人耳聽得見的聲音。例如坐在椅子上晃動身體時，可以聽見嘎吱聲。
在檢測實踐中，通常我們需要借助靈敏的電子儀器來探測從缺陷處發(fā)出的聲發(fā)射信號，這種利用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號并利用聲發(fā)射信號進一步推斷聲發(fā)射源性質(zhì)的技術稱為聲發(fā)射檢測技術。該技術涉及聲發(fā)射源、波的傳播、聲電轉(zhuǎn)換、信號處理、數(shù)據(jù)顯示與記錄、解釋與評定等基本概念。
由于聲發(fā)射的產(chǎn)生機制不同，傳統(tǒng)意義所講的聲發(fā)射檢測技術主要是采集并分析突發(fā)型聲發(fā)射信號來推斷結(jié)構(gòu)損傷嚴重性的技術。而分析由于泄漏介質(zhì)與漏孔摩擦產(chǎn)生的連續(xù)型聲發(fā)射信號推斷泄漏的部位、大小的技術稱為聲發(fā)射泄漏檢測技術。
2聲發(fā)射泄漏檢測技術原理
聲發(fā)射泄漏檢測技術是聲發(fā)射技術應用的重要分支之一。其原理是：當氣體或液體在一定壓力作用下從漏孔泄漏時會在漏孔處激發(fā)出連續(xù)的機械波，通過示波器觀察泄漏激發(fā)的聲發(fā)射波形，其形狀為幅度波動很小的、連續(xù)的、幾乎無任何規(guī)律的波動。泄漏聲發(fā)射波的頻帶范圍分布隨漏孔大小、泄漏速度、泄漏介質(zhì)不同可從幾Hz到幾百kHz不等。利用適合的聲發(fā)射傳感器接收這些來自泄漏部位的聲發(fā)射波，然后將機械波轉(zhuǎn)變成電信號并放大后傳送至聲發(fā)射主機，經(jīng)過分析處理就可以確定并得到泄漏的位置和泄漏量的大小等信息。
一般而言，泄漏量越大，激發(fā)的聲發(fā)射信號幅度也越高。對于聲發(fā)射泄漏檢測技術而言，所用的傳感器頻率越低，則能監(jiān)聽更遠距離的泄漏源。由于受到環(huán)境噪聲的影響，聲發(fā)射泄漏檢測的頻率范圍多數(shù)在幾十KHz～幾百KHz之間。資料顯示，目前聲發(fā)射泄漏檢測的靈敏度最高可以達到10-2～10-3P.m3/s。因此，可以看出聲發(fā)射泄漏檢測技術是一種相對靈敏度較低的檢測技術，目前其主要應用在航空航天、石油化工、電力、核電等行業(yè)的管路、閥門、容器、貯罐等。
3 聲發(fā)射泄漏信號的表征
泄漏激發(fā)的聲發(fā)射信號屬于連續(xù)型聲發(fā)射信號，表征連續(xù)型聲發(fā)射信號的大小通常用平均信號電平值（簡稱ASL）和有效值電壓（RMS）來表示。ASL值是用dB表示的信號幅度的平均值，RMS值是用電壓V表示的信號幅度的平均值。一般而言，RMS值表征泄漏信號比ASL值要靈敏些，一些專用的聲發(fā)射泄漏檢測儀器就是利用RMS值的變化來推斷泄漏是否發(fā)生的。而一些通用的聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，則多通過觀察ASL值的變化來判斷泄漏是否發(fā)生。
聲發(fā)射泄漏檢測時，采集到的信號RMS值和ASL值是一種綜合效應，除泄漏聲發(fā)射信號外還包括儀器本身的電噪聲、環(huán)境電磁噪聲、流體噪聲、結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射等等。在這些影響因素中，儀器本身電噪聲對于一臺特定的儀器基本是固定不變的，而環(huán)境電磁噪聲則隨檢測環(huán)境不同而變化較大。隨著儀器制造水平的不斷提高，儀器適應環(huán)境噪聲的能力已經(jīng)大大提高，除非在非常惡劣的電磁環(huán)境中，例如靠近大功率發(fā)射臺站等，其對信號幅度的影響不是特別顯著。
流體噪聲和結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射是聲發(fā)射泄漏檢測的主要影響因素。對于流體噪聲，我們經(jīng)常會在在線檢測管路和容器時遇到，由于其聲發(fā)射機制與泄漏產(chǎn)生聲發(fā)射的機制一致，因此最難排除和處理，通常解決這類噪聲的影響，只能采取提高檢測頻率，犧牲檢測靈敏度的辦法。對于結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射的影響，我們可以在保壓時進行泄漏監(jiān)測，因為保壓時，大多數(shù)結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射會趨于平靜、收斂，這時結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射對監(jiān)測的影響最小。
綜上可以看出，判斷是否發(fā)生泄漏的主要辦法就是觀察信號幅度（ASL或RMS值）是否異常上升并維持在一定的水平，排除干擾因素后就基本可以判斷是否發(fā)生了泄漏。
4 泄漏源位置的確定
在聲發(fā)射泄漏檢測中，泄漏源位置的確定一直是技術的難點。從泄漏聲發(fā)射定位技術上看，泄漏源定位主要包括區(qū)域定位和時差定位。
區(qū)域定位可以確定泄漏源大致的發(fā)生在哪個檢測通道監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，而準確定位則需要通過其它手段來實現(xiàn)。例如當泄漏產(chǎn)生時，在泄漏源處會激發(fā)出連續(xù)的聲發(fā)射信號，這些聲波以泄漏源點為中心向四周傳播，這樣信號就被布置在四周的聲發(fā)射傳感器所接收，各通道所接受的信號大小就在儀器上以ASL值或RMS值的形式顯示出來。假如被檢結(jié)構(gòu)是各向同性并在各個傳遞方向上聲波衰減率一致。則可以做出如下判斷：哪個通道的信號幅度高則泄漏源距離這個檢測通道最近。這樣就可大致確定泄漏產(chǎn)生的區(qū)域。如果同時比較其它檢測通道的信號幅度高低還可以進一步縮小泄漏源所在的區(qū)域。這種方法對于單一泄漏源的判斷比較適合，然而對于在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)存在多個泄漏源時則判斷就十分困難。?
泄漏信號的時差定位技術是聲發(fā)射泄漏檢測技術研究的熱點。近來有文獻表明，在單點泄漏的情況下可以利用兩個聲發(fā)射通道進行成功定位。時差定位法可以較為準確的確定泄漏源的位置，常用的有幅度衰減法、互相關法等等。幅度衰減法的原理是利用事先測量被檢對象在各個方向的信號幅度衰減曲線，并利用兩個或兩個以上傳感器的已知位置距離和對應的信號幅度值進行計算來確定泄漏源的準確位置。
另外一種時差定位方法為互相關時差定位法，其原理是采集多通道聲發(fā)射信號的波形，通過波形分析和頻譜分析利用數(shù)學互相關的方法來確定泄漏源信號到達傳感器陣列各傳感器的時差，進而確定泄漏源的位置。這種技術在工況簡單的構(gòu)件上有較好的效果，但對于復雜的構(gòu)件、多點泄漏源的情況，由于聲波傳播過程的衰減和波形畸變嚴重，使得這種方法定位精度受到很大干擾。
從檢測實踐來看，無論哪種定位方法，都有自身的局限性，在實際應用中會受到各種干擾因素的影響，一般而言不同材料、結(jié)構(gòu)的被檢件其定位的具體算法和判斷也有很大差異。實踐證明，結(jié)構(gòu)越簡單定位準確率也越高。
