声发射测试系统的发展

　　声发射Acoustic Emission(AE)可以定义为物体或材料内部迅速释放能量而产生瞬态弹性波的一种物理现象[1].用仪器检测、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.由于声发射信号来自缺陷本身,且即便一个同样大小、同样性质的缺陷,当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,导致其声发射特性也有差异.因此可以利用声发射信号的特性来确定声发射源(缺陷等)的性质和位置,进而对材料或结构的状态进行合理评判.经过半个多世纪的努力,声发射技术已经发展成为一种较为成熟的无损检测手段,且以其能实现动态、实时、在线检测而具有超声、X射线、涡流、磁粉等其他无损检测方法不可比拟的优点,在结构检测、制造工艺监测、地质、矿山、民用建筑及地下工程等方面均得到了广泛应用.

　　一方面,人们对声发射的认识随理论研究的发展而加深;另一方面,声发射作为一种实用诊断技术,其前进的步伐离不开测试仪器的支持.本文就声发射仪器的发展历程、现状及发展前景作了论述,并介绍了几种目前较为先进的测试系统.

　　1　AE测试系统

　　声发射信号是前沿时间只有几十到几百ns、重复频率高的瞬变随机波信号.局部瞬变产生的声发射波在试样表面的垂直位移约为10-7m～10-14m,频率分布覆盖次声频、声频和超声频范围(从几Hz到几十MHz).这要求声发射检测仪器具有高响应速度、高灵敏度、高增益、宽动态范围、强阻塞恢复能力和频率检测窗口可选择等性能[2].

　　另外,声发射检测常在强机械噪声、液体噪声和电气噪声环境中进行,故要求声发射仪器还应具有一定的抗干扰能力和排除噪声的能力.

　　无论是初期简易的AE测试系统,还是如今结构复杂、性能优越的测试仪器,都可以看作是由传感器、放大器和分析系统3个基本部分组成.其发展也集中体现在这3个系统上[3].

　　2　AE测试系统的发展历程

　　参考文献[4]按3个阶段回顾了声发射仪器的发展历程,本文分6个阶段[3]来介绍.

　　1) 20世纪50～60年代,应声发射技术新生的形势要求,出现了声发射仪的雏形:简单到仅仅是一个测量信号有效值的毫伏表,或者一个脉冲计数器.

　　2) 20世纪70年代的声发射仪器开始使用计算机技术,将形成各种AE特征量输出的多通道硬件模块插在一个机箱内,通过内部总线与一台标准小型计算机相连.不仅工作速度慢,而且存储能力不足,系统还极易出现闭锁状态.

　　3)随着计算机技术的发展,第3代声发射仪把数据采集功能和显示、存储及计算相分离,并利用IEEE488标准总线和直接内存存取,使得系统在信号处理速度和实时显示方面均有一定的改进.