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声发射信号处理和分析技术

作者: 时间:2013-11-27 来源:网络 收藏
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如前所述,检测和处理的目的是获得有关声发射源的信息,包括损伤位置、损伤程度和剩余寿命等。人们对AE的认识随理论研究的发展而加深,另一方面,AE作为实用诊断技术,每前进一步都是同处理技术和测试仪器的发展分不开的。可以毫不夸张地说,一部AE技术的发展史也就是AE信号处理技术的发展史。
在研究AE信号的处理技术之前,先阐述一下AE技术发展史上的两个重要的事件,因为它们都对AE信号的处理技术和AE技术的发展起了重要作用。第一是德国人凯撒(J Kaiser)观察到的Kaiser效应。20世纪50年代初,凯撒研究了多晶金属材料如锌、铜、铝和铅等的声发射特征,发现在加载时,这些材料都产生了声发射,且是不可逆的。AE现象仅在第一次加载时产生,第二次加载及以后各次加载所产生的AE信号变得微不足道,除非后面所加外应力超过前面各次加载的最大值。这一现象后来又在多种金属材料实验中得到证实,并被命名为凯撒效应。这一效应在AE信号处理方面得到广泛应用,成为克服噪声干扰的主要手段之一,因而也成为用AE技术监测结构完好性的依据。例如,在加载实验时,可先在小应力下进行几次循环加载实验以克服实验机夹具和试件之间摩擦噪声的影响,然后再进行正式加载试验。如试件完好无损,则在加载循环中不应得到明显的AE信号,反之,任何突然增大的AE信号都极有可能是该试件发生疲劳或内部有断裂的预兆。这种利用不可逆效应降噪和获取有用信息的方法为AE技术所独有。
同AE信号处理技术直接有关的另一重要事件是,20世纪60年代美国学者Dunegan提出,可把观察和记录AE信号的频率移至超声段(>20kHz)以降低外界干扰噪声的影响。在此之前,人们为了观察和记录声发射信号的变化,实验不得不在夜深人静的时候进行,并经常事倍功半甚至半途而废,声发射试验工作之苦可见一斑。由于观察频率的这一“简单移动”极大的克服了环境干扰噪声的影响,它所带来的是AE理论和应用研究的革命性进展。
2.1 干扰噪声
虽然各种检测方法都面临干扰噪声问题,但由于声发射是以被动检测的方式用于动态监测,它所面临的噪声干扰问题就特别严重,甚至是其它方法无法比拟的。在许多情况下,如利用AE进行疲劳裂纹扩展监测、运行设备状况监测以及对行驶中的汽车的转动轴和转向节进行动态监视时,外部干扰噪声都可能远远大于人们感兴趣的AE信号。AE检测面临的干扰噪声主要有下面几种:
2.1.1 电器干扰噪声
(1)前置放大器输入端的白噪声 这是一种自然的不可避免的噪声,确定了系统灵敏度的最终极限。使用设计良好的前置放大器,该噪声可以很小并接近理论极限。
(2)AE系统内部所产生的噪声 目前所用的结构紧凑型计算机化的声发射仪器一般都是阴极射线管(CRT)显示屏幕和磁盘系统,各部件间很容易产生“拾取”噪声。在一个设计良好的系统内,这一噪声应当很低并在极限之内。
(3)接地回路噪声 这是由系统或结构的不恰当接地引起的。为避免这一噪声,声发射换能器的电气连接必须与结构绝缘。
(4)电磁烦扰信号 一般由电源开关或其它临近电磁设备引起。必要时,设备应加上电磁屏蔽。

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关键词:声发射信号

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