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声发射技术的基础原理PPT课件

声发射技术的基础原理PPT课件

复合材料的声发射检测
总结词
复合材料的声发射检测是评估复合材料结构完整性和性能的重要手段。
详细描述
复合材料由多种材料组成，其结构复杂，传统的无损检测方法难以有效评估其完整性。声发射技术能够检测复合 材料在受力过程中产生的声波信号，通过分析这些信号可以判断复合材料的损伤程度、界面脱粘等缺陷，为复合 材料的安全使用提供保障。
近年来，随着计算机技术和数字信号处理技术的进步，声发射技术得到了进一步的 发展和完善，提高了其检测精度和可靠性。
声发射技术的应用领域
航空航天
声发射技术用于检测飞机和航 天器的关键部件，如发动机、 机身和机翼等，以确保其安全
可靠。
石油化工
声发射技术用于检测石油和化 工管道、压力容器等设备的裂 纹和缺陷，提高设备的安全性 能。
声发射信号的预处理
01
02
03
去噪
去除声发射信号中的噪声， 提高信号的信噪比。
滤波
根据需要将信号中的特定 频率成分进行提取或滤除。
放大
将微弱的声发射信号进行 放大，以便后续处理和分 析。
声发射信号的特征提取
时域特征
提取信号的幅度、持续时 间、上升时间等时域参数。
频域特征
对信号进行频谱分析，提 取频率、带宽等频域参数。
等，这些成果为声发射技术的应用提供 了重要的技术支持。
声发射技术的发展趋势与未来展望
01
02
03
04
05
随着科技的不断发展， 声发射技术也在不断进 步和完善。未来，声发 射技术将朝着高精度、 高可靠性和智能化的方 向发展。
在高精度方面，通过改 进信号处理技术和算法， 提高声发射检测的分辨 率和准确性，实现对微 小缺陷和损伤的准确检 测。

声发射检测

声发射检测

（5）复合材料：研究和测量复合材料内基体和纤维的断 复合材料： 脱开、分层和整体失效等； 裂、脱开、分层和整体失效等； 磁性材料：通过测量磁声发射的信号， （6）磁性材料：通过测量磁声发射的信号，研究磁性材 料的某些特性； 料的某些特性； 陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性， （7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性，对陶 瓷材料进行无损评估； 瓷材料进行无损评估； 核工业领域：对核容器和管道的泄漏进行监测， （8）核工业领域：对核容器和管道的泄漏进行监测，对 核压力容器进行无损检测和安全评定； 核压力容器进行无损检测和安全评定； 焊接过程控制： （9）焊接过程控制：通过实时监测焊接过程中金属冷却 产生的声发射信号来控制焊接质量； 产生的声发射信号来控制焊接质量； 10） 机械加工： （ 10 ） 机械加工 ： 通过探测机械加工过程中产生的声发 射 信号，监测刀具的磨损情况； 信号，监测刀具的磨损情况； 11） 机械诊断： （ 11 ） 机械诊断 ： 通过监测机器在运转过程中产生的声 发 诊断机器轴承的磨损情况。 射信号 ，诊断机器轴承的磨损情况。
12） 医学领域 ： 研究骨头的摩擦 |受力和破坏特性 ， 无 12）医学领域：研究骨头的摩擦|受力和破坏特性， 损 检测和评价骨关节的状况。 检测和评价骨关节的状况。
4
压力容器的声发射检测（球罐、尿素合成塔、 压力容器的声发射检测（球罐、尿素合成塔、
长管拖车） 长管拖车）
a 准备工作 b 布置换能器和校准声发射仪器 c 升压并进行声发射检测 d 检测结果的分析与评价
5 储油罐的泄漏检测（地下加油站） 储油罐的泄漏检测（地下加油站）
5 声发射检测特点
a 能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展， 能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展， 从而为使用安全性评价提供依据； 从而为使用安全性评价提供依据； b 可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情 可远距离操作， 况； c 无法探测静态缺陷； 无法探测静态缺陷； d 设备价格昂贵； 设备价格昂贵； e 检测过程中干扰因素较多； 检测过程中干扰因素较多； f 声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法（UT） 声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法（UT） 复验。 复验。

声发射技术.ppt

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10
声发射机理
传感器
激励 （力）
信号
信号线
激励 （力）
声源
应力波
11
声发射检测基本原理
12
声发射检测的目的
确定声发射源的部位； 分析声发射源的性质； 确定声发射发生的时间或载荷； 评定声发射源的严重性。
13
声发射技术的特点（优点）
声发射是一种动力学检验方法，声发射探测到的 能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线 探伤方法一样由无损检测仪器提供； 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测 到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定 的缺陷不产生声发射信号； 在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和 评价整个结构中缺陷的状态； 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化 的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监 控及早期或临近破坏预报；
22
金属加工
工具磨损和断裂的探测； 打磨轮或整形装置与工件接触的探测； 修理整形的验证； 金属加工过程的质量控制； 振动探测； 锻压测试； 加工过程的碰撞探测和预防。
23
交通运输业
长管拖车、公路和铁路槽车的检测和缺 陷定位； 铁路材料和结构的裂纹探测； 桥梁和隧道的结构完整性检测； 卡车和火车滚珠轴承和轴颈轴承的状态 监测； 火车车轮和轴承的断裂探测。
5
突发型声发射信号：如果信号由区别于背底噪
音的脉冲组成，且在时间上可以足够分开，那么这 种信号单个脉冲不可
分辨，这些信号就叫做连续型声发射信号。
7
声发射技术发展史概述
声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现 象； “锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现 象，锡的冶炼可追朔到公元前3700年； 现代的声发射技术的开始以五十年代初Kaiser在德 国所做的工作为标志； 五十年代末：美国人大量研究发现金属塑性形变 的声发射主要由大量位错的运动所引起, 即声发射 主要是体积效应而不是表面效应； 六十年代：Green首先应用于无损检测, Dunegan 首次应用于压力容器；

声发射检测技术.ppt

声发射检测技术.ppt
声发射检测技术
声发射检测原理 ：

声发射现象的实质是物体受到外力或内力作用时， 由于内部结果的不均匀及各种缺陷的存在造成应 力集中，从而是局部的应力分布不稳定。当这种 不稳定应力分布状态所积蓄的应变能达到一定程 度时，就会发生应力的重新分布，重新达到新的 稳定状态。这一过程中往往伴随有范性流变、微 观龟裂、位错的发生与堆积、裂纹的长生与发展 等，实际上这就是应变能释放的过程。
生发射信号的典型波形：

连续型 特点： 连续型发射信号波幅 没有很大的起伏，发 射的频度高、能量小。
生发射信号的基本特性



1·生发射信号是上升时间很短的震荡脉冲信号， 2·声发射信号的频率范围很宽，通常可以从次 声频一直到30MHz。 3·生发射信号一般是不可逆的，具有不复现性。 4·声发射 产生的影响因素复杂，不仅与外部 因素有关，也与材料的内部结构有关。 5· 由于产生发射信号的机理各式各样，且频 率范围很宽，因此声发射信号具有一定的模糊 性。
声发射检测方法


定义： 声发射信号是物体受到外部条件作用使其 连续型
声发射检测方法 生发射信号的典型波形：


突发型
特点： 突发型生发射信号表 现为脉冲波形，脉冲 的峰值可能很大，但 衰减很快。
声发射检测方法
声发射检测的可靠性评价


归纳的四种情况： 1· 存在或不存在危险缺陷 2·产生了危险缺陷信号或没有产生危险缺 陷信号 3· 操作者发出或没有发出危险警告指示 4·实验操作人员注意或没有注意到发出的 指示
声发射检测的可靠性评价


肯定的记为A，否定的记为B，得出的结果：
1· AAAA：已找到缺陷并进行了处理 2·AAAB：找到了缺陷，但没有进行处理 3·AAB—：缺陷被漏检 4· ABB—：缺陷存在，但没有声发射信息 5· B—AA：没有缺陷，但仪器给出了假信号，并作出 错误判断 6· B—AB：没有缺陷，但仪器给出了假信号，对假信 号为作出判断 7· B—B —:没有缺陷，也没有信号

声发射检测的基本原理ppt课件

声发射检测的基本原理ppt课件
声发射的概念
• 声发射——材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹 性波的现象。 (Acoustic Emission, 简称AE) ，也 称为应力波发射。
• 声发射事件—引起声发射的局部材料变化。
• 声发射源——材料中直接与变形和断裂机制有关的 弹性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理 源点或发生声发射的机制源。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。
声发射检测技术——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 。

声发射技术发展
• 最自然的声发射：如折断树技、岩石破碎和折断骨 头、地震等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发 射信号。
• 五十年代初：现代的声发射技术的开始以Kaiser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 。 Kaiser ——Amercian,a student of Germany Munich Universty。
• 其它声发射源——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。
也称为二次声发射源。
1
声发射信号的频率—几HZ到数MHZ，包括次声频、 声频（20HZ—20KHZ）、超声频。
声发射信号幅度—从微观的位错运动到大规 模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从 10-13m的微观位错运动到1m量级的地震波； 传感器的输出可包括数μv到数百mv。不过多 数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能 探测到的微弱振动。
声发射技术发展
• 五十年代末：美国人Kaiser，Schofield和Tatro经 大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位 错的运动所引起[5]。

声发射检测课件

声发射检测课件
6. 4 声发射检测
本节学习需要解决的问题： A. 什么是声发射？ B. 声发射检测的原理是什么？ C. 声发射检测具有什么特点？ D. 声发射检测是如何进行的？ E. 声发射检测技术的应用现状及其发展前景如何？
声发射检测
6. 4. 1 概述
声发射 (Acoustic Emission =AE) —— 材料受外力或内力作 用产生变形或断裂, 以弹性波形式释放出应力应变能的现象
4
1: 达到最大输出幅度上升时间tτ； 2: 阈值电压Vt； 3: 最大信号输出幅度Vp； 4: 事件宽度te； 5: 事件间隔时间ti；
声发射检测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 为排除噪声干扰，可设置阈值电压 Vt ，当传感器输出信号低于阈值电 压时无效
• 从包络线超过 Vt 的一点开始到包 络线降到 Vt的时间称为事件宽度te
由于材料塑性形变具有不可逆的特点，由塑性形变引起的 声发射也不可逆的。第二次重复载荷当超过第一次最大载 荷时才产生声发射，这一现象称为声发射的不可逆效应
声发射检测
6. 4. 2 声发射检测原理
从声发射源发射的 弹性波最终传播到达 材料的表面，引起可 以用声发射换能器探 测的表面位移， 这些 探测器将材料的机械 振动转换为电信号， 然后再被放大、处理 和记录
Principle of acoustic emission
声发射检测
6. 4. 3 声发射信号
6. 4. 3. 1 声发射信号的传播
• 理想半无限大固体内：声发射信号以纵波、横波等模式从声 发射源传到传感器
• 实际情形：声发射信号因界面反射作用，不断多次反射而到 达传感器，称为循轨波。传感器接收的是由于界面反射产生 变换的几种波模式的叠加
声发射检测

声发射检测原理1PPT课件

声发射检测原理1PPT课件
费利西蒂比作为一种定量参数，较好地反映材 料中原先所受损伤或结构缺陷的严重程度，已成为 缺陷严重性的重要评定判据。
2021
3、衰减
衰减就是信号的幅值随着离开声源距离的增加 而减小。衰减控制了声源距离的可检测性。因此， 对于声发射检验来说它是确定传感器间距的关键因 素。
传播衰减的大小，关系到每个传感器可检测的 距离范围，在源定位中成为确定传感器间距或工作 频率的关键因素。为了减少衰减的影响而常采取的 措施包括降低传感器的频率或减小传感器间距。
声发射检测原理
2021
一、声发射技术
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(AE)，声发射是一种常见的物理现 象，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，需要借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。
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（7）对于设备的加载试验，声发射检验方法可以预 防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定 系统的最高工作载荷； （8）由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其 它方法受到限制的形状复杂的构件。
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四、声发射检测的物理基础
1、凯赛尔效应
凯赛尔效应是德国学者凯赛尔在1963年研究金 属声发射特性时发现的。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。多数金属材料和岩石中，可观察到明显的凯赛 尔效应。
2021
（5） 航天和航空工业：航空器壳体和主要构件的检 测和结构完整性评价，航空器的时效试验、疲劳试验 检测和运行过程中的在线连续监测等。 （6） 金属加工：工具磨损和断裂的探测，打磨轮或 整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，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。 （7） 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车及船 舶的检测和缺陷定位，铁路材料和结构的裂纹探测， 桥梁和隧道的结构完整性检测
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转换成电信号输出到前置放大器在输出到主放大器 然后又采集卡采集后进入计算机。 声发射检测中，要求传感器为宽频带的前置放大器内置 式的共振型高灵敏传感器，主响应频率为150KHz；前置 放大器增益为40dB，滤波器带通为100～300KHz。
2 前置放大器
声发射信号经换能器转换成电信号后，其输出低 至十几微伏。这样微弱的信号若经过长电缆输送， 可能衰减到无法分辨出信号和噪声。设置前置放大 器的目的是为了增大信噪比，增加微弱信号的抗干 扰能力。
3 主放大器 电信号经前置放大器和电缆长途传播后进入主放大器进 一步放大到适合PCI数据采集卡的幅值大小。
4 PCI数据采集卡
电信号（模拟信号）经采集卡数字化后，通过采样进入 计算机，供分析，计算，转换和存储。 5 软件系统 对采集的数据进行分析，计算，波型重组，声发射源定

位，缺陷识别等。
四、 声发射技术的应用
随着数字技术和计算机技术的迅速发展，研制高性能
全波采集的声发射仪成为可能。其原理是，声发射信号经
高灵敏度传感器接收后，经过全波列数字采集变为数字信
号，再进行数字信号处理，最后把信号输入计算机通过软
件设计，对检测缺陷进行定位和定量。
（2）声发射所涉及的设备
1 传感器（换能器、探头）
传感器就是用来把声发射产生的弹性波信号接收下来并
除极少材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有 声发射发生，所以，声发射检测几乎不受材料的限制。 利用多通道声发射装置，可以对缺陷进行准确的定位。 声发射检测的这一特点对大型结构如球罐等检测特别方 便。 在利用声发射技术确定缺陷部位后，还可以利用其它 无损检测方法加以验证。当然随着信号处理水平的提高， 根据信号本身的特征，也可以对缺陷的性质和严重程度 进行识别。由于声发射技术具有许多独特的优点，近年 来有许多科学家和工程技术人员致力于发展和应用该项 技术。
三、声发射检测技术与仪器
（1）声发射技术 声发射源定性问题涉及到 AE 源信号，包括 AE 特征量 和 AE 波形的获取， AE 波形含有大量的声发射信息，如 利用当今先进的计算机、信号处理技术对AE波形进行分 析处理，就给较准确的分析AE源性质提高了可能。传统 的声发射技术对声源特征和识别没有采用合适的手段去 充分研究，也就无法实现对缺陷的定性分析。定量的方 法也只是对提取的少量参数进行统计分析。
二、声发射的特点
a 能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，从 而为使用安全性评价提供依据； b 可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况； c 无法探测静态缺陷； d 设备价格昂贵； f 声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法（UT） 复验。 e 检测过程中干扰因素较多；很多情况伴随有各种干扰噪声 信号，如机械摩擦及异物撞击等。从噪声中提取或识别感 兴趣的信号是声发射的核心。
各种材料的声发射的频率很宽，从次声波，到超 声波。声发射传感器检测的信号通常为中心频率为 300KHz的超声波信号。
人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。如果裂 纹等缺陷处于静止状态，没有变化和扩展，就没有声发 射发生，也就不能实现声发射检测。声发射检测的这一 特点使其区别于超声、 X 射线、涡流等其它常规无损检 测方法。
（3）水泥混凝土：研究水泥及钢筋混凝土的受力和 破坏 特性，评价桥梁和建筑物等大型混凝土构件 的承载能力和寿命； （4）金属材料：研究金属材料的塑性变形、断裂和 相变机制； （5）复合材料：研究和测量复合材料内基体和纤维 的断裂、脱开、分层和整体失效等； （6）磁性材料：通过测量磁声发射的信号，研究磁 性材料的某些特性； （7）陶瓷材料：研究陶瓷材料的受力和破坏特性， 对陶瓷材料进行无损评估；
位置（缺陷）称为声发射源。声发射是一种常见的物理现
象，如果释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声
音。大多数金属材料塑性变形和断裂时有声发射发生，但
许多金属材料的声及射信号强度很弱，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。
用仪器检测、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，所 采用的仪器成为声发射仪 。
因此，为了更加准确的对检测对象进行定位、定量、 定性分析，更加准确的对检测对象进行无损评价，具有 大吞吐量获取 AE 波形数据、灵活布置传感器进行源位 的多通道全波形声发射准实时检测系统应运而生。
数字信号处理（DSP）和计算机技术的迅速发展导致
全数字式声发射仪的问世，这给瞬态波形分析的研究
创造了条件并使其实际应用成为可能。通过对声发射
声发射检测
►一、声发射检测原理 ►二、声发射的特点 ►三、声发射技术及其所涉及的仪器 ►四、声发射技术的应用
►五、压力管道泄露的声发射检测实验 研究
声发射检测
Acoustic Emission Testing 简称 AE
一、 声发射检测的原理
材料或结构受外力和内力作用产生变形或断裂，以弹
性波形式释放出应变能的现象称为声发射。发射弹性波的
现代声发射仪除了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。 目前人们已将声发射技术应用于许多领域，主要包括 以下方面： （1）金属结构： 对压力容器、金属桥梁、起重机臂、铁 轨和飞机骨架等金属结构进行无损检测和安全评定 （2）岩石：研究岩石的受力和破坏特性，对岩石塌方进 行预测预报；
由于声发射检测是一种动态无损检测方法，而且，声 发射信号来自缺陷本身，因此，用声发射法可以判断缺 陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷，当它所 处的位置和所受的应力状态不同时，对结构的损伤程度 也不同，所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺 陷的声发射信号，就可以长期连续地监视缺陷的安全性 ，这是其它无损检测方法难以实现的。
信号的全部采集，这样就不会丢失有用的信息，而且 从整个波形信号的细节可以运用现代信号分析手段进 行处理，达到对缺陷定量、定性、定位的目的。
波形分析是指通过分析 AE信号的时域波形或频 谱特征来获取信息的一种信号处理方法。理论上讲 ，波形分析应当能给出任何所需的信息，因而也是 最精确的方法，并可导致对AE的定量了解。 从所记录的 AE波形，人们可以很容易地获得信 号的频谱和相关函数等特性，并可同时得到任何感 兴趣的参数。可以肯定，对设备材料的检验，波形 分析技术可能会对识别声发射源及提高源定位精度 有较大作用。