声发射信号识别方法研究

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1、声发射信号识别方法研究南京锅检院摘要：介绍目前声发射检测中信号处理的两种方法，重点阐述基于波形分析的声发射信号处理技术的原理。模拟断铅信号、裂纹扩展、堆焊层剥离、机械振动与摩擦、泄露及电子噪音等六种模式信号进行频谱分析。目前采集和处理声发射信号的方法课分为两大类：一种为以多个简化的波形特征参数来表示声发射信号的特征，然后对这些波形特征参数进行分析和处理；另一种为储存和记录声发射信号波形，对波形进行频谱分析。1参数分析方法由于AE传感器技术和仪器硬件技术的限制，早期的声发射仪器很少具备对AE信号进行瞬态波形捕捉和实时处理的能力，因此，

2、用得较为广泛并为大家所认可的一直是参数分析方法，它是基于谐振式AE传感器输出信号的参数来获取有关AE源的信息。常用参数有振铃数、能量、事件、事件率、撞击（或称波击）数、上升时间、脉冲持续时间、幅度分布等。目前确实已形成一套较为完整的参数分析技术，它能为我们解决大量工程实践问题，并且由于基于参数分析的仪器实时性较好，它在AE检测领域获得了最广泛的应用，几乎所有的声发射检测标准对声发射源的判据均采用简化波形特征参数。参数分析方法的最大缺点是有关AE源本质的信息往往被谐振式传感器自身的特点所掩盖或被模糊掉，因为由这种谐振式传感器所获得的A

3、E信号基本是一衰减的正弦波，由这样的波形得到的各种参数与真正的物理量（位移、速度、加速度等）之间缺少必然的联系并往往随所用传感器谐振频率和测试系统（放大倍数、域值的不同）而变化，因此，实验结果的重复性还很差。因此，在声发射技术发展的历史上，研究人员始终没有放弃对声发射波形分析技术的探讨和研究。2波形分析方法基于波形分析的声发射信号处理技术是指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）来获取有关声发射源信息的一种方法。由于声发射技术的一个最本质、最重要的问题就是根据AE信号来获得有关声源，或材料损伤的信息，因此，早在声

4、发射技术的发展初期，人们就意识到波形和频谱分析在识别声发射故障源及评价材料性能中的重要作用，并对此进行了大量研究，也取得过某些成功。从声发射信号的时域形态上来看，一般将其分为两种基本类型：突发型和连续型。突发型信号，指在时域上可分离的波形。实际上，所有声发射源过程，均为突发过程，如间断的裂纹扩展。不过，当声发射频度高达时域上不可分离的程度时，就以连续型信号显示出来，如泄漏信号。在实际检测中，也会出现其混合型。0.05幅度0-0.0500.511.522.5时间(ms)图1声发射信号波形声发射信号可以建立如下的数学模型：iθ(t)f(

5、t)=A(t)e其中，A(t)分别是声发射信号的波形包络幅值，即幅值随时间变化的函数；θ(t)部分表示信号频率和相位的变化，这两个部分都难以用精确的公式表达出来，其反映了声发射源、传播介质以及接收仪器的响应等特性相关。一般来说声发射信号具有如下特征：（1）瞬态性。声发射信号在监测过程中具有随机性，只有当能量积累到一定的程度，才会出现一个瞬态释放的过程，然后迅速衰减。这个过程类似于一个瞬态的冲击信号，由于能量释放的瞬态性，而使声发射信号具有时变性，声发射信号属于非平稳随机信号。（2）多态性。声发射源本身具有多样性和不确定性，不同的声发

6、射源机制可以产生完全不同的AE信号,而人们对AE源机制的认识总是受到很多条件的限制。此外，机械波在固体介质中传播是一个复杂的过程，在这个过程中不但包括多种模式的波，如纵波、横波、表面波等，而且在传播过程中还会发生模式的转换。另外传播途径又与声源位置、被检对象性质(材质、形状和几何尺寸)、声耦合剂特征以及接收传感器位置等诸多因素有关，因此，实际的声发射信号具有多态性。（3）易受噪声干扰。在参数声发射检测阶段，长期困扰着声发射应用的一种问题，是噪声的干扰问题。由于声发射检测具有极高的灵敏度，但这同时也易于受到各种因素的干扰而无法得到真正

7、有意义的声发射源。这也说明了声发射波形分析和识别的必要性。在实际工程应用中，声发射信号多伴随着多种干扰噪声：环境机械噪声、电子仪器噪声等。这些噪声的主要时域特征是随机地分布在整个采样时间范围内。波形分析是指通过分析声发射（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，因而波形也是表达AE源特征的最精确的方法，并可获得信号的定量信息。所以从声发射技术发展的初期，人们就意识到波形分析在识别声发射源及评价被测对象中的重要作用，并想通过各种方法来获取声发射源产生的原始波形信号，但由于

8、硬件达不到采集、实时处理和存取要求，以及信号处理手段不完善，所以一直制约着声发射波形分析技术的发展。随着软硬件技术的飞速发展，人们开始研制全波形声发射检测仪器，并利用现代信号处理手段进行波形的分析与处理，以得到更多的声发射源信息。通常