一种声发射源的新型平面定位方法研究

　　1 引 言

　　声发射是指材料受外力或内力作用而产生变形或断裂时, 以弹性波形式释放出应变能的现象[1]。从上世纪五十年代开始, 声发射技术得到了很大发展, 被广泛应用于设备无损检测、在线监控等场合。声发射的源定位技术是声发射技术研究的核心问题之一, 其定位准确程度反映声源检测位置与真实位置的符合程度[2]。

　　对突发型声发射信号的源定位通常分为区域定位法和时差定位法[2-5]。区域定位法中声源的位置确定在首先接收到信号且信号较强的探头附近, 这一方法具有处理速度快、测量简单可靠等优点, 但它仅能确定发声源存在的一个区域, 且探头间距越大则区域越大; 时差定位法是根据声发射仪各探头接收到声信号时差来作为信号从声发射源到各探头之间的传播时差, 从而进行定位, 虽能精确定位到点, 但在这一定位方法中由于波的衰减、波型转换等自然现象引起的误差是不可控制的[6]。基于弹性波在传播时声压遵从指数衰减的自然规律, 本文提出一种新型平面定位法- 能量定位法, 既考虑到波的衰减,又能精确定位。

　　2 声发射信号的衰减与能量

　　材料受外力或内力作用而产生变形或断裂时产生的弹性波在媒质中传播时, 其强度随传播距离增加而逐渐减弱。对于沿 x 方向传播的平面波, 其衰减遵从指数规律, 其声压 P 随传播距离 x 的变化为[7]:

式中 P0为声源的声压; a 为衰减系数, 与传播媒质及波的频率有关。

　　假设换能器输出的突发型声发射信号可表示为指数衰减的正弦波, 即[4]:

式中 VP指对应声压 P 经换能器而引起的电压值, 此时的振铃衰减波形是由换能器谐振产生的, 而不需考虑声波在媒介中传播时产生的衰减( 这一衰减在由 P0变成 P 中考虑), 对一台各探头通道灵敏度相同的声发射仪而言, ! 可以认为是一常数。

　　对突发型声发射信号, 探头接收到的瞬态信号的能量可定义为[4]:

　　设 Vi为仪器预定衰减到的电压值,T则声发射仪对突发型声发射信号能量测定为:

　　3 能量定位法

　　将声发射仪的四个探头布置成正方形, 建立坐标系如图 1 所示。设声源坐标为(x, y), 到各探头距离为x1、x2、x3、x4,各探头接收到的能量为E1、E2、E3、E4,有:

　　4 实验测量

　　实验用仪器为 AE21C 型四通道声发射仪。探头布置如图 1 所示, 测量平台为 4mm 厚的正方形高分子合成纤维平板, 边长为 350mm, 以 0.5mm 铅笔芯折断产生信号作为模拟突发型声发射信号, 折断点其坐标为(x, y), 由于探头的对称性, 将所有测量点均布置在第一象限。测量得到声发射仪四个探头接受的能量 E1、E2、E3、E4及计算结果如表 1 所示。