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第1章和第2章1．什么是声发射材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式快速释放出应变能的现象。
2．什么是声发射检测技术用仪器检测，分析声发射信号并利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
3．金属材料中的声发射源有哪些金属塑性变形、断裂、相变、磁效应等。
4．声发射检测方法的特点（1）动态无损检测方法（2）几乎不受材料的限制（3）可以长期，连续监测（4）易受噪声干扰（5）对缺陷进行定性分析5．为什么要用其它无损检测方法对声发射源进行评价？常用的无损检测方法有哪些？答：声发射技术只能定性评价活动性声源，不能判断缺陷的尺寸和类型（裂纹、未熔合、未焊透、夹渣）。
因此，应采用其它无损检测方法对声发射源进行评价，常用的无损检测方法有射线、超声、磁粉、渗透、涡流等。
6．什么是弹性变形和塑性变形？材料或构件在外力作用下要改变原来的形状，当外力消除后能完全消失的变形叫做弹性变形，消失不了而残留下来的变形叫做残余变形或塑性变形。
7．凯塞效应，Kaiser effect在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平之前不出现可探测的声发射的现象。
8．费利西蒂效应（Felicity effect）在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平的情况下，出现可探测到的声发射的现象。
9．费利西蒂比费利西蒂效应出现时的应力与先前所加最大应力之比。
10．突发型声发射定性描述分立声发射事件产生的分立的声发射信号。
11．连续型声发射定性描述快速声发射事件产生的持续的声发射信号。
12．试举出压力容器管道与构件的破裂模式延性破裂，脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、压力冲击破裂、蠕变破裂等。
13．造成声波衰减的主要因素有哪些？扩散衰减散射衰减吸收衰减14．声波在固体介质中的传播速度与哪些因素有关？钢中纵波、横波和表面波的波速有何近似关系？介质的弹性模量、密度、泊松比、波型1.8：1：0.9纵波波速：横波波速：表面波波速15.声发射信号源一定是缺陷源。
声发射实验一.原理声发射是指材料在受到外载荷作用时，其内部贮存的应变能快速释放产生弹性波从而发出声响的现象。
德国物理学家Kaiser发现经过一次应力作用的磁滞材料如金属，当再次加载到先前经受过的应力水平后，其声发射活动将突然增加，这种岩石的声发射活动能够“记忆”岩石所受过的最大应力的效应成为Kaiser效应。
从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点成为Kaiser点，该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。
实验理论正是利用Kaiser点的测取来得到地应力的大小。
通常认为声发射是岩石的微破裂造成的，在岩石承载大于历史最大应力条件时，岩石出现新的微破裂，产生较强的声发射信号，出现Kaiser点。
但实际情况往往会出现在最近一次应力历史中所曾受到过的最大应力处的Kaiser效应较为明显，并非遵循上面的理论解释，并且对于某些试样，声发射信号过于剧烈且频繁，Kaiser点难于确定，于是采用重复加载的方法，利用抹录不尽点来寻找Kaiser点。
二.常规声发射实验常规声发射实验指的是单轴加载条件下的声发射实验。
1.实验装置主要由声发射仪、载荷传感器、伺服增压器、控制器、液压源以及加压缸组成。
图1. 常规声发射实验装置2.实验的基本过程MTS电液伺服系统以某一加载速率均匀的给岩样施加轴向载荷，声发射探头牢固的贴在岩心侧面上，用它来接受受载过程中的声发射信号，岩样所受的载荷及声信号同时输入Locan AT—14ch声发射仪进行处理、记录，给出岩样的声发射信号随载荷变化的关系曲线。
由上述的Kaiser效应原理，在声发射信号曲线图上找出声发射信号明显增加处，记录下此处载荷大小，即为岩石在地下该方向所受的地应力。
据此，可以求得试验岩石在深部地层所受的地应力（指主应力）。
3.实验的数据解释由于岩石在地下受三向力作用，所以要在不同方向取心进行试验，通常在室内对取自现场的岩心要在垂直方向取一块，在垂直岩心轴线平面内相隔45度取三块（如图2所示），由上述四个方向岩心进行试验测得四个方向的正应力，利用以下公式确定深部岩石地应力。
声发射技术的应用原理概述声发射技术是一种利用声波信号进行数据传输的技术。
该技术通过发射特定频率和振幅的声波，以达到传输数据的目的。
本文将介绍声发射技术的应用原理及其相关应用领域。
应用原理声发射技术的应用原理基于声波的特性。
通过在特定环境中产生声波并监听其传播过程中的变化，我们可以得到有关环境的信息。
声发射技术的应用原理主要包括以下两个方面：1.声波特性分析：–声波传播速度：不同介质中声波的传播速度不同，通过测量声波在不同介质中的传播速度可以获得有关介质的信息。
–声波衰减：声波在传播过程中会受到衰减，通过测量声波的衰减情况可以了解介质的特性。
–声波反射：声波在遇到障碍物时会发生反射，通过测量反射的声波可以了解障碍物的位置和形状。
–声波干扰：声波传播过程中可能会受到其他声源的干扰，通过分析干扰的声波可以了解干扰源的位置。
2.数据传输：–通过改变声波的频率、幅度等参数来表示不同的数据。
–接收端通过解码接收到的声波信号，将其转换为对应的数据。
应用领域声发射技术在许多领域中得到了广泛应用，下面列举了几个典型的应用领域：1.石油勘探：–利用声发射技术可以测量地下岩层中的声波传播速度，以分析岩层的密度、孔隙度等参数，从而判断地下是否存在油气资源。
–声发射技术还可用于检测地震活动，及时预警地震灾害并进行防护措施。
2.建筑结构健康监测：–利用声发射技术可以监测建筑结构中的裂纹、腐蚀等缺陷，提前预警潜在安全隐患。
–声发射技术还可用于检测建筑物中的渗漏问题，为修缮提供指导。
3.铁路轨道检测：–利用声发射技术可以检测铁轨的裂纹、疲劳等问题，及早修补和维护轨道，确保列车行驶的安全。
–声发射技术还可用于检测列车车轮的磨损情况，合理规划车轮的更换周期。
4.航空航天：–在航天器发射升空过程中，声发射技术可用于监测发射载具的结构健康情况，确保发射过程安全可靠。
–在航空器飞行过程中，声发射技术可用于监测发动机的工作状态，发现异常情况及时修复。
4.2 声发射技术(AE)4.2.1 声发射概念和原理声发射技术Acoustic Emission简称AE，是一种应用日趋广泛的现代无损检测新技术。
受力构件的材料内部在裂纹萌生、扩展过程中会释放塑性应变能并以应力波形式向外传播扩展，这就是声发射现象，AE就是采用高灵敏度的声发射压电传感器安装于受力构件表面形成传感器陈列，实时捕捉来自于构件内部裂纹扩展的动态信息，通过对这些信号的处理分析，可以检测材料内存在的裂纹损伤进行分析和研究。
形象地讲，这是一种听声技术，像医生用听诊器对人体听声来诊病一样，通过听构件内部故障声音来对构件诊断。
AE产生于上个世纪50年代，起于由德国科学家KAISER发现并以其名字命名的KAISER现象。
早期由于人们对声发射信号特征的认识局限性以及计算机技术和信号处理技术发展水平的限制，不能很好区分什么是来自于裂纹缺陷的声音。
信号和环境噪声信号使AE一直处于实验室研究阶段。
到20世纪70年代人们发现了大部分构件裂纹缺陷的声发射信号是高频信号，大致在100 KHz ~ 300 KHz之间，进而采用高频谐振传感器，先进的信号处理技术大大排除了可听音范围内的环境噪声干扰，使AE开始进入实际生产。
进入20世纪80年代，电子计算机技术和现代信号处理技术进入声发射研究领域，AE的应用领域越来越广泛。
20世纪90年代以后，AE在无损检测领域更显得举足轻重，在美国与欧洲的航空航天设计研究与制造部门已成为一种必不可少的技术手段，被广泛用于航空航天飞行器的结构测试。
4.2.2 AE的产品目前有Vallen-Systeme Gmbh公司开发出现代化声发射系统AMSY-5（图4-3），它采用由数字信号处理器构成的并行处理系统，使传统的AE特征提取和实时波形捕捉、波形分析同时处理，拥有快速的信号处理能力。
软件方面，开发了对复杂问题处理的列软件包Visual Circle，它由三个功能不同的软件—— Visual AE、Visual TR和Visual Class组成，大大提高了AMSY-5对于复杂结构在复杂环境下的声发射信号处理能力。
第1章和第2章1．什么是声发射材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式快速释放出应变能的现象。
2．什么是声发射检测技术用仪器检测，分析声发射信号并利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术。
3．金属材料中的声发射源有哪些金属塑性变形、断裂、相变、磁效应等。
4．声发射检测方法的特点（1）动态无损检测方法（2）几乎不受材料的限制（3）可以长期，连续监测（4）易受噪声干扰（5）对缺陷进行定性分析5．为什么要用其它无损检测方法对声发射源进行评价？常用的无损检测方法有哪些？答：声发射技术只能定性评价活动性声源，不能判断缺陷的尺寸和类型（裂纹、未熔合、未焊透、夹渣）。
因此，应采用其它无损检测方法对声发射源进行评价，常用的无损检测方法有射线、超声、磁粉、渗透、涡流等。
6．什么是弹性变形和塑性变形？材料或构件在外力作用下要改变原来的形状，当外力消除后能完全消失的变形叫做弹性变形，消失不了而残留下来的变形叫做残余变形或塑性变形。
7．凯塞效应，Kaiser effect在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平之前不出现可探测的声发射的现象。
8．费利西蒂效应（Felicity effect）在固定的灵敏度下，材料或构件所加载荷低于先前所受应力水平的情况下，出现可探测到的声发射的现象。
9．费利西蒂比费利西蒂效应出现时的应力与先前所加最大应力之比。
10．突发型声发射定性描述分立声发射事件产生的分立的声发射信号。
11．连续型声发射定性描述快速声发射事件产生的持续的声发射信号。
12．试举出压力容器管道与构件的破裂模式延性破裂，脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、压力冲击破裂、蠕变破裂等。
13．造成声波衰减的主要因素有哪些？扩散衰减散射衰减吸收衰减14．声波在固体介质中的传播速度与哪些因素有关？钢中纵波、横波和表面波的波速有何近似关系？介质的弹性模量、密度、泊松比、波型1.8：1：0.9纵波波速：横波波速：表面波波速15.声发射信号源一定是缺陷源。
2、1声发射检测得基本原理当材料或结构受应力作用时,由于其微观结构得不均匀及缺陷得存在,导致局部产生应力集中,造成不稳定得应力分布。
当这种不稳定状态下得应变能积累到一定程度时,不稳定得高能状态一定要向稳定得低能状态过渡,这种过渡通常就是以塑性变形、相变、裂纹得开裂等形式来完成。
在此过程中,应变能被释放,其中一部分以应力波得形式释放出来,这种以弹性应力波得形式释放应变能得现象叫做声发射,也叫应力波发射。
固体材料产生局部变形时,不仅产生体积变形,而且会产生剪切变形,因此会激起两种波,即纵波(又称压缩波)与横波(剪切波)。
产生这种波得部位叫作声发射源。
这种纵波与横波从声发射源产生后通过材料介质向周围传播,--部分通过介质直接传到安放在固体表面得传感器,形成检测信号,还有一部分传到表面后会产生折射,一部分形成折射波返回到材料内部,另一部分则形成表面波(又称瑞利波),表面波沿着介质得表面传播,并到达传感器,形成检测信号。
通过对这些信号进行探测、记录与分析就能够实现对材料进行损伤评价与研究。
其原理如图所示图2、1 声发射检测原理Fig、2、l AE detecting schematic材料在应力作用下得变形与开裂就是结构失效得重要机制。
这种直接与变形与断裂机制有关得源,通常称为传统意义上得声发射源。
近年来,流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形与断裂机制无直接关系得另一类弹性波源,也归到声发射源范畴,称为其它声发射源或二次声发射源。
2、2声发射信号处理声发射信号就是一种复杂得波形,包含着丰富得声发射源信息,同时在传播得过程中还会发生畸变并引入干扰噪声。
如何选用合适得信号处理方法来分析声发射信号,从而获取正确得声发射源信息,一直就是声发射检测技术发展中得难点。
根据分析对象得不同,可把声发射信号处理与分析方法分为两类:一就是声发射信号波形分析,根据所记录信号得时域波形及与此相关联得频谱、相关函数等来获取声发射信号所含信息得方法,如FFT变换,小波变换等;二就是声发射信号特征参数分析,利用信号分析处理技术,由系统直接提取声发射信号得特征参数,然后对这些参数进行分析与评价得到声发射源得信息。
2.1声发射检测的基本原理当材料或结构受应力作用时,由于其微观结构的不均匀及缺陷的存在,导致局部产生应力集中,造成不稳定的应力分布。
当这种不稳定状态下的应变能积累到一定程度时,不稳定的高能状态一定要向稳定的低能状态过渡,这种过渡通常是以塑性变形、相变、裂纹的开裂等形式来完成。
在此过程中,应变能被释放,其中一部分以应力波的形式释放出来,这种以弹性应力波的形式释放应变能的现象叫做声发射,也叫应力波发射。
固体材料产生局部变形时,不仅产生体积变形,而且会产生剪切变形,因此会激起两种波,即纵波(又称压缩波)和横波(剪切波)。
产生这种波的部位叫作声发射源。
这种纵波和横波从声发射源产生后通过材料介质向周围传播,--部分通过介质直接传到安放在固体表面的传感器,形成检测信号,还有一部分传到表面后会产生折射,一部分形成折射波返回到材料内部,另一部分则形成表面波(又称瑞利波),表面波沿着介质的表面传播,并到达传感器,形成检测信号。
通过对这些信号进行探测、记录和分析就能够实现对材料进行损伤评价和研究。
其原理如图所示图2.1 声发射检测原理Fig.2.l AE detecting schematic材料在应力作用下的变形与开裂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,通常称为传统意义上的声发射源。
近年来,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,也归到声发射源范畴,称为其它声发射源或二次声发射源。
2. 2声发射信号处理声发射信号是一种复杂的波形,包含着丰富的声发射源信息,同时在传播的过程中还会发生畸变并引入干扰噪声。
如何选用合适的信号处理方法来分析声发射信号,从而获取正确的声发射源信息,一直是声发射检测技术发展中的难点。
根据分析对象的不同,可把声发射信号处理和分析方法分为两类:一是声发射信号波形分析,根据所记录信号的时域波形及与此相关联的频谱、相关函数等来获取声发射信号所含信息的方法,如FFT变换,小波变换等;二是声发射信号特征参数分析,利用信号分析处理技术,由系统直接提取声发射信号的特征参数,然后对这些参数进行分析和评价得到声发射源的信息。
很多声发射源的特性可以用这些参数来进行描述,为工程实际应用带来极大的方便。
2. 2. 1声发射信号参数分析图2.2 AE信号参数Fig.2.2 AE signal parameters. 参数分析是目前声发射信号分析较为常用的方法,它是波形方法的简述。
根据波形提取几个相关的统计数据,以简化的波形特征参数来表示声发射信号的特征,然后对其进行分析和处理得到声发射源的相关信息。
图2.2为声发射信号简化波形参数的定义,常用的声发射参数包括:撞击(波形)计数、振铃计数、能量、幅度、峰值频率、持续时间、上升时间、门槛等。
各参数的含义及用途见表2.1所示。
表2.1 AE信号参数Tab.2.1 AE parameters2. 2. 2声发射信号波形分析信号波形分析的常用方法包括时域分析、频谱分析和时频分析,它们各自具有不同的特点。
时域分析是最直观、最容易理解的信号表达形式。
在一些对幅值感兴趣的工程问题中,这种描述最为有用,例如结构振动的位移、加速度等。
但是它没有任何频率信息,看不到信号的成分,不利于分析振源、振动传递与频率的关系等问题。
频谱分析一般通过傅里叶变换把信号映射到频域加以分析,虽然这种方法能够将时域特征和频域特征联系起来,能分别从信号的时域和频域观察,但却不能表述信号的时-频局部性质,而这恰恰是非平稳信号最根本和最关键的性质。
在此基础上,人们对傅立叶分析进行了推广,提出了很多能表征时域和频域信息的信号分析方法,如短时傅立叶变换,Gabor 变换,小波变换等。
1.连续小波变换设()()R L 2t ∈ψ，基傅立叶变换为()ωψˆ,当()ωψˆ满足容许条件 ()∞ψ=⎰ψ＜ωωωd ˆ2RC(2.1)时，我们称()t ψ为一个基本小波或母小波。
由容许性条件可知：()t ψ具有衰减性，为此称之“小”；同时，()t ψ具有震荡性，故称之为“波”；将母函数()t ψ 经伸缩和平移后得:()⎪⎭⎫ ⎝⎛ψ=ψa b -t a 1t ha ，0a R b a ≠∈；，（2.2）称其为一个小波序列。
其中a 为伸缩因子,b 为平移因子。
对于任意的函数()()R L 2t f ∈的连续小波变换为：()()dt a b -t t f a b a 21-f ⎪⎭⎫ ⎝⎛ψ=⎰RW ， (2.3)其重构公式（逆变换）为：()()dadb a b -t b a a 11t f f2⎪⎭⎫⎝⎛ψ=⎰⎰∞∞-∞∞-ψ，W C （2.4）从定义上可看出,小波变换也是一种积分变换,小波分解的过程就是不断地改变小波窗的中心(即时移)和尺度后与信号相乘作积分运算,从而得到信号在每一个频率尺度下任意时刻的信号成分。
小波分解的结果反映了信号()t f 在尺度a （频率）和位置b （时间）的状态2.离散小波变换在实际运用中,检测信号都是离散的试件序列,因此在计算机上进行小波分析时,连续小波必须加以离散化。
需要强调指出的是,这一离散化都是针对连续的尺度参数a 和连续平移参数6的,而不是针对时间变量t 的。
通常,把连续小波变换中尺度参数a 和平移参数b 的离散公式分别取作j0a a =，0j0b ka b =，这里Z ∈j ，扩展步长1a 0≠是固定值，为方便起见，总是假定1a 0〉。
所以对应的离散小波函数()t k j ，ψ既可写作：()()()0j-02j-0b k a -t a 2j -0k j kb -t a aa t 0j 0j 0ψ=ψ=ψ，（2.5）则称()()()()d t kb -t a t f ak j f 0j-02j-0ψ=⎰R W ， （2.6）为f(t)的离散小波变换。
离散化的连续小波变换以一定方式对(a, b)进行离散采样T 采用的网格采样取0j0j 0b ka b a a ==，,,即对小尺度的高频成分采样步长小,而对大尺度的低频成分采样步长大。
最常用的是二进制的动态采样网格：1b 2a 00==，，每个网格点对应的尺度为，j 2而平移为k 2j 。
将离散化数取1b 2a 00==，的离散小波称为二进小波。
3.小波变换的多分辨分析多分辨率分析的具体实现是把信号f(t)通过一个低通滤波器H 和一个高通滤波器G,分别得到信号的低频成分A(t),和信号的高频成分D(t),滤波器则由小波基函数决定。
若在一次小波变换完成后,低频成分A(t)中仍含有高频成分,则对A(t)重复上述过程,直到A(t)中不含高频成分,该分解过程可以表示为:()()()t t t f 11D A +==()()()t t t 122D D A ++……（2.7）=()()∑=+j1i i j t t D A式中：()()∑∈Φ=zk k j k j t c t ，；j A 是信号f ()t 中频率低于fs 21--j 的成分，fs 为采样频率，而()()t d t zk k j k j j ∑∈ψ=，，D 则是频率介于fs 21--j 与fs 2-j 之间的成分，()()t t ψΦ和为尺度函数和小波函数，j 表示小波分解级数。
上式中的系数由以下递推公式推出：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===∑∑k k 0n k2-n k 1-j k j n k2-n k 1-j k j f c g c d h c c ；，，，，()1-210k N ，，，=（2.8）式中：0f —信号的时域波形; N —采样点数()()n g n h ，—滤波器G H 和的脉冲响应；上式表明，信号()t f 按Mallat 算法分解，分成了不同的频率成分,并将每一级低频率通道再次分解,分解级数越高,频率划分就越细,越能分解出更低频的成分。
2.2.3声发射噪声的排除1.声发射噪声的类型声发射噪声类型包括:机械噪声和电磁噪声。
机械噪声是指由于物体间的波击、摩擦、振动所引起的噪声;而电磁噪声是指由于静电感应、电磁感应所引起的噪声。
2. 声发射噪声的来源声发射检测过程中常见的电磁噪声来源：1）由于前置放大器引起的不可避免的本底电子噪声；2）因检测系统和试件的接地不当而引起地回路噪声；3）因环境中电台和雷达等无线电发射器、电源干扰、电开关、继电器、马达、焊接、电火花、打雷等引起的电噪声。
声发射检测过程中常见的机械噪声来源主要有三方面:摩擦引起的噪声,波击引起的噪声,流体过程产生的噪声。
1)摩擦噪声,加载装置在加载过程中的由于相对机械滑动引起的声响,包括:试样夹头、施力点、容器支架、螺丝、裂纹面的闭合与摩擦等;2)波击噪声,包括:雨、雪、风沙、振动及人为敲打;3)流体噪声,包括:高速流动、泄漏、空化、沸腾、燃烧等。
3. 噪声的排除方法噪声的鉴别和排除,是声发射技术的主要难题,现有许多可选择的软件和硬件排除方法。
有些须在检测前采取措施,而有些则要在实时或事后进行。
噪声的排除方法、原理和适用范围见表2.2。
表2.2噪声的排除方法、原理及适用范围Tab .2.2 The method, principle and scope of application ofnoise reduction（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。
