混凝土静态轴拉声发射试验相关参数研究.pdf

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1、河海大学硕士学位论文混凝土静态轴拉声发射试验相关参数研究姓名：李佳申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：吴胜兴20080501摘要混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其质量的监控和检测是建筑工程中的重要课题。混凝土是一种具有微裂隙的非均质材料，力学特性复杂。一直以来，对混凝土抗压性能的研究较多，拉伸性能的研究相对较少，而混凝土拉伸性能对结构的安全起着重要的支配作用。声发射技术是一种能够满足实时动态检测的新型无损检测诊断技术，利用该技术可对混凝土受拉损伤程度及其损伤发展趋势做出判断和预测，进行安全评估。然而声发射技术在混凝土拉伸领域中的应用还刚刚起步，有许多基本问题尚未研究透彻，本文对声发射系统

2、硬件参数的设置、混凝土声发射过程中噪声的过滤以及声发射信号参数的选取三个基本问题进行研究，为今后的混凝土声发射研究工作奠定基础。本文结合导师所承担的国家自然科学基金重点项目，开展混凝土静态轴拉声发射试验，对声发射试验相关参数进行系统的研究。首先对国内外学者的相关研究成果进行分析总结，针对不同的声发射参数制定相应的试验方案。然后通过混凝静态轴拉声发射试验，运用参数分析和波形分析相结合的方法，研究声发射系统硬件参数和滤噪参数的影响。最后将混凝土声发射信号参数进行经历图分析和相关性分析，评价和选择在反映混凝土损伤过程方面具有代表性的声发射信号参数。通过上述研究工作，本文得到以下几个主要结论：(1)利

3、用声发射技术研究混凝土损伤时，应先利用宽频传感器检测材料受载时的声发射频率，然后再进步选择更适合的传感器类型。需要多个传感器检测混凝土损伤过程时，从三种传感器采集的主要信号频率以及经济性方面考虑，本文选择R 6 0【型传感器；(2)前置放大器增益一般设置为4 0 d B：(3)依据采样定理，本文选择了l M H z 的采样率，满足了最大频率的采集，且有利于持续时间较长波形的采集；分析撞击波形时，采样长度应设置为4 k；如果没有对触发点之前波形进行分析的特殊需要，一般将预触发值设置为O p s。(4)阈值设置为4 0 d B的中灵敏度检测，适用于混凝土声发射检测；(5)检测混凝土受力损伤过程时，

4、滤波器带通设为5 4 0 0 k H z。(6)对于静态轴拉混凝土产生的声发射信号，P D T 取2 0 肛s，H D T 取1 0 0“s，H L T 取3 0 0“s；(7)作为撞击计数的补充，能量、绝对能量、信号强度、幅度、振铃以及持续时问六个参数能够较好地体现混凝土轴拉损伤过程的阶段性，主要分为初始、稳定和不稳定三个阶段；(8)平均频率、初始频率、混响频率和峰值频率分布的规律性不明显，利用信号频率参数的变化来预测混凝土的破坏比较困难；(9)持续时间和振铃计数两个参数间相关程度很高，损伤分析时可以相互替代。关键词：混凝土、声发射试验、硬件参数、滤噪参数、信号参数、轴心受拉IA b s t

5、 r a c tC m 耐ei sak i I l do fw i d e l y 璐e db u i l d i n gm t e r i a l 1 1 圮I n 0 I l i 蜘I l g 锄dd e t o c t i o no fc o n c r c t eq u a l i t)，i s 锄i m p o r t 褫ts l l _ b j e c ti nc 0 I l s 饥l c t i o ne I l 咖e e r i n g C o n c r e t ei sa 帅eo fg e ne 0 _ 嘴瑚t e f i a l、)I r i t hI l l i c r

6、 o c m C k s，s 0i t sm e c h a I l i c a lc h 锄c t 嘶s 廿c sa r e 唧l e)【耽ec o m p 懈s i o nr 髂i s t 锄c ec a p a b i l 时o fc o n c r e t eh 弱b e e ns t u d i e di n t e I l s i V e l ya l lm r o u 曲，b u tr e s e a r c h 懿o nt e n S i l ep r o p 鳅i e so fC O I l a r e t ea r cr e l a t i V e l yr a r e M

7、 翩I m，l l i l e，t e n s i l ep l q，e r t i 铭o fc o n 删ep l a yav c D ri m p o r t a n tr o l ei I lm es a f e t yo fs 协J c 抛r c A c o u s t i ce l I l i 鼹i o n(A E)硒c h n i q u ei san e wk i n do fn o n d e s 觚舐V ed e t e c t i o n 觚de X 锄i n a t i o nt e c：h n i q u ew h i c hc 跹s a t i s 匆r c a l

8、t i m ed y n 锄i cd e t e c t i o n T h ed a m a g ed e g m ea n dd 锄a g ed e V e l o p m 胁to fC o n c r e t ei nt e n S i o nc 觚b ed e t 翎n i n e d 锄dp r e d i c t e dl I s i I l gn l i st e c _ I m i q u e H o w e v t h ea p p l i c a t i o no fA Et c c：l l l l i q u et om es t u d yo ft e n s i l

9、ep m p 训鄂o fc o n c r e t ei ss t i l li ni t sb e 酉l l l l i n gs t a g e，锄dm e r ea r em a I l yb 蠲i cp r o b l e m st ob em l d i e d 柚ds o l V e d h lo r d e rt ol a yab 嬲ef 0 ra p p l 姐n gA Et e C I l I l i q u ei nd 锄a g ee v a l u a t i o no fC 0 触，s e l e c t i o no fp a r a m e t e r sf o r

10、s y s t 锄h 盯1 w a r e，n o i s ef i l t 耐n ga n dA Es i 印a li ss t u d i e di n“sp a p 既A sas u b p r o j e c to fm eS u p e r v i s o r p r o j e c t“t h eK e yP r o j e c to fN a t i o n a lN a t u r a lS c i e l l c eF u n do fC h i n a ，p a r 锄e t e r si nA Ee x p 嘶m e l l to fc o n c r c t eu n

11、d e rs t a t i cu f l i a x i a l t e I l s i o nw i l lb es t u d i e di nm i sp a p e r F i r s t l y，i l lt h i sp a p e r l er e l e V a n tr e s e a r c hr e s u l t so fb o t hd o m e s t i c 锄do v e r s e a Ss c h 0 1 a r sa r es u I m n 耐z o d，趾dm et e s ts c h e m ei sd e s i g n e df o rd

12、i f!E e r e n tA Ep a r a m e t e r s T h e l l，t h eh a r d w a r ep a r a m e t e r S 趾dd e n o i s i n gp a r 锄e t e r so fA Es y r s t e ma r es t u d i c du s i n gp a r a m e t e ra I l a l y s i sc o n l b i n e dw i t hw a V e f b ma n a l y s i sm 砒o di nA Ee X p 甜m e n to fc o n e t eu n d

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15、i ss e l e c t e di nt h i sp 印e r 嬲吐圮g a i no fp r e a I n p l i f i T h i r d l Mm es a I】1 p l er a t et h elM H zi sc h o s e d，b e c a u s ci ti ss u i t a b l ef o rc o l l e c t i n gA Es i 弘a li nc o n c r 吱eu n d e rs t a t i cu I l i a X i a lt e n s i o n，a I l dt l l eh“l e n g t hs h o

16、u l db e4 k、h e nw er 啪dt 0a n a l)，z et h e1 1 i tw a V ep a t t 锄P r e t r i g g e ri su s u a l l ys e tz e r o，i ft h e r ei sn on e e dt oa n a l)，z et l l ew a v e f 0 册b e f o r et r i g g e rp o i n t F o u m l l y，4 0 d B 嬲m et h r e s h o l di ss u i t b l e 氨MA Et e s t i n go fc o n c r

17、e t e F i f u l l y，a c c o r d i n gt oA Es i 班a li nc o n c r e t eu n d e rs t a t i cu n i a】【i a l t e l l s i o n，m em g eo f矗l t e r i n gn o i s ei s 五m5 k H zt o4 0 0 k H z S i x m l yt h es e t t i n g so fP D T，H D Ta n dH I Ts h o u l db e2 0 p s，l0 0“sa n d3 0 0 p s，r e s p e c t i V e

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19、 MA v e r a g eF r e q u e n c y I I l i t i a t i o nF r e q u 锄c y R e V 咖e r a d o nF 碳l u c y 锄dP e a l(F r e q u e n c yh a v e 懈n a 成a b l ep r o f i l ec h 眦c t 嘶S t i c，a n di ti sd i 街c u l tt 01 1 S et l l 鹤ef 把q u 嘶C yp a f 锄e t e r st o删i c tt t 圮黼l u r eo f0 0 n c r e t es 帆l c t l l r

20、豁F i l l a l l y t l l c mi sas i 伊l i f i c a n tc o r 坞l 鲥妇1 锄n gD l l r a t i o n 锄dC o 岫t，a I l dn l c 铆op a r a m e t 粥a r ei n t c h 锄g e a b l ei n 觚a l y s i so fc o n c r e t ed 孤n a l 翼K e yw o r d s：C 0 n c r e t e，A c o u S t i cE m i s s i o ne x p 刮m e 峨h a f d w a r ep a r a l I l e t

21、 d 髓o i s i n gp 祗m e t s i 争a lp 觚吼e t u I l i a)【i a lt e n S i o nI I I学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意如不实，本人负全部责任。做作者c 签孙莩篷J 年r 月岫学位论文使用授权说明：河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件

22、或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权河海大学研究生院办理。论文作者。签名)：垂彳量p 缉厂月2 门河海大学硕士学位论文1 1 问题的提出第一章绪论混凝土用于工程建设迄今己有1 5 0 年的历史。如今它是一种原材料来源丰富并能消纳工业废渣，能耗与成本较低，能与钢筋结合使用的用量最大、用途最广的建筑材料。我国在水利水电、建筑、交通、冶金等行业修建了大量的混凝土结构的工程。这些重要的工程和建筑物，长期处于自然环境中，在经历很长时间的使用之后，将会出现结构

23、和材料的缺陷和损伤。而建筑物(房屋和桥梁等)的质量，无论是对人民的生命财产，还是对国民经济来说，都是十分重要的，对建筑物的所有要求中，安全性是第一位的。近年来，灾难性的桥梁断裂，房屋倒塌的报道时有所闻【l】。因此，加强混凝土质量的监控和检测，是当今建筑工程中的重要课题。混凝土的拉伸性能对混凝土结构的安全起着重要的支配作用。对已建混凝土建筑物的调查发现，许多由于抗拉强度和拉伸变形能力不足而导致开裂，严重者甚至发生质量事故。实际上，混凝土的压缩、弯曲破坏均是由于其拉应力或剪应力、拉应变或剪应变超过其承载能力而造成的【2】。而对于单轴受力及双轴拉、压组合乃至双轴不等值受压的情形，剪切破坏机制参与工作

24、比例均很小，在多数情况下，是以拉伸破坏机制控制破坏。由此可见，对混凝土拉伸性能的研究非常必要。另一方面，由于混凝土在成型过程振捣不实，受力或腐蚀性破坏，将造成混凝土蜂窝、孔洞、裂缝等缺陷，所以当结构或构件受力时，这些部位将导致应力集中而首先破坏。混凝土无损检测可以检测这些质量缺陷，既适用于工程施工过程中混凝土质量的监测，又适用于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的鉴定【3】。为了保证混凝土结构的安全性，就需要一种可靠的无损检测技术来诊断或实时监测其损伤程度。而声发射技术就是能够满足这种实时动态检测功能的新型无损检测诊断技术，利用该技术可对大多数结构材料损伤程度及其损伤发展趋势做出正确判断

25、和预测，进行安全评估。声发射是材料内局部能量源快速释放而产生瞬态弹性波的一种现射4 1。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【5J(A o u s t i cE m i s s i o nT e c h n i q u e，简称A E T)。声发射信号是声发射技术对检测对象作出评定的主要依据，它是一种复杂的波形，包含着丰富的声发射源信息，同时在波的传播第一章绪论过程中波形会发生畸变并存在干扰噪声。如何选用合适的信号处理方法来分析声发射信号，从而获取正确描述声发射源的特征，一直是声发射检测技术发展中的难点和研究热点。声发射简化波形参数分析法是2 0 世

26、纪5 0 年代以来广泛使用的经典声发射信号分析方法。这种在数十年的研究和生产实践中发展起来的声发射信号参数分析方法，虽然还有很多地方需完善，但已被证明在多数情况下可以解决工程实践中的很多问题，并具有其它方法不可替代的作用。由于在不同的试验条件下或对不同研究对象，得到的声发射信号都会有所不同，因此要针对混凝土在一定的试验条件下设置相应的声发射系统硬件参数，以保证声发射简化波形参数的正常采集及其有效性。同时，在采集过程中，声发射检测极易受到噪声的干扰。混凝土声发射信号中伴有大量的噪声，影响了声发射简化波形参数的识别，而且几乎无法完全滤除。通过怎样的方法才能够尽可能地滤除噪声而又不影响参数分析，是急

27、待解决的问题。另外，部分研究者在声发射信号参数的选取上存在较大的随意性，导致对声发射源不能进行有效的评价。因此，利用哪些声发射信号参数评价混凝土的损伤也很值得研究。以上参数的合理选择都需要通过试验来确定，因此制定完备的试验方案是很有必要的。本文针对声发射系统硬件参数、滤噪参数、声发射信号参数进行系统研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。1 2 声发射技术基本原理1 2 1 声发射的产生对于声发射现象，A S T ME 1 3 1 6 作出了以下较为具体的定义：A c o u S t i cE m i s s i o n(A E)i sd d m c da S“m ed a s so fp h

28、 e n o m e r l o nw h e r e b yt r 觚s i 铋te l 嬲t i cw a V e sa r eg e l l e r a t e db yt h er a p i dr e l e 嬲eo fe n e 理；y 丘o ml o c a l i z e ds o u l c e sw i l i nam a t e f i a l，o rt h e 仃a I l s i e n tw a V e ss o鲫e m t。d”(6】即声发射为材料内局部能量源快速释放而产生瞬态弹性波的一种现象，而这种现象或者这种现象所产生的弹性波均可称之为声发射。如果固体中所有的

29、点在同一时间收到同一机械力作用，那么这个物体在时间和空间上将同时发生运动变化，这个物体作为一个整体而运动，这个过程就不会产生波的过程，只有在局部作用时，物体各部河海大学硕士学位论文分有速度变化，才出现波的过程。声发射检测中必须存在导致材料内部细观或微观结构发生变化的外部因素，如力、电磁、温度等。声发射传感器是被动地等待缺陷出现，没有新的缺陷或者原有缺陷不扩展就不会有声发射信号产生，内部缺陷主动参与检测过程，可以实现在线监测。材料中有许多变化都可能成为声发射源，如位错运动、塑性变形、裂纹的形成与扩展、断裂、马氏体相交、磁性效应等，其中位错运动和裂纹扩展是最重要的两类。下面简要介绍几种与混凝土相关

30、的声发射产生机制【7】【8】：(1)位错运动和塑性变形位错是晶体内沿某一条线上附近的原子排列与完整晶格不同而形成的线缺陷。通常稳定的晶体处于最低能态，在外力作用下，位错滑移需越过高能态位垒才能到达相邻的下一个低能态，这时晶格将释放弹性能，因而在材料内部产生点阵振动波，形成声发射源，这就是位错运动产生声发射的基本机理。高速运动的位错产生高频低幅的声发射信号，低速运动的位错则产生低频高幅的声发射信号。塑性变形过程中，位错的滑移起着决定性作用。(2)裂纹的生成及延伸裂纹的形成和扩展是许多结构破坏的主要原因。材料在外力作用下经历裂纹形成、裂纹尖端的塑性变形和裂纹扩展三个步骤，在演变过程中材料内部某一特

31、定位置所包含的能量局部积聚后释放，形成声发射源，这就是裂纹扩展产生声发射的基本机理。由于这一过程的间断性，激发的声发射具有突发特征。脆性材料不产生明显的塑性变形，其声发射信号频度低、幅度高；塑性材料则与之相反，声发射信号频度高、幅度低。裂纹生成所产生的声发射能量通常要比单个位错滑移所产生的声发射大两个数量级，而裂纹扩展所产生的声发射很可能比裂纹形成产生的声发射还大的多。当裂纹扩展到临乔状态时，就开始失稳扩展，成为快速断裂。(3)断裂在不同材料或不同外界条件下的同一材料中可以产生不同性质的声发射源。塑性断裂产生可察觉但幅度不高的声发射信号，而脆性断裂前产生密集的高幅值声发射信号。(4)其他在混凝

32、土检测过程中有可能遇到的其它声发射源有摩擦、撞击、裂纹闭合等。第一章绪论1 2 2 声发射检测原理声发射源发出的瞬态弹性波，经介质传播到达被检体表面，引起表面的机械振动。经声发射传感器将表面的瞬态位移转换成电信号。声发射信号再经放大、处理后，形成波形及其特性参数，并被记录与显示。最后，经数据的解释，评定出声发射源的特性。基本原理如图1 1 所示。1 2 3 声发射信号的特点图1 1 声发射检测原理示意图传统上可将所有的声发射信号分为突发型和连续型两种基本形式【9】。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，如材料中裂纹的扩展，夹杂物的碎裂，纤维的断裂和界面破坏

33、。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【l0 1，如金属材料的塑性变形，气体、液体的泄露】以及机械摩擦噪声。在实际检测中，也会出现其混合型。影响声发射信号振幅大小的因素很多，表1 1 列出了几种可能的因素，需要说明的表1 1 影响声发射信号振幅大小的因素【l 副造成声发射信号振幅增强的因素造成声发射信号振幅减弱的因素材料强度较高应变速率高温度较低异向性程度较高非均质性高脆性破坏(解理)含有裂纹、不连续面的材料裂纹延伸、扩展矿物晶粒大力学作用所造成的双晶材料强度较低应变速率低温度较高异向性程度较低非均质性低延展破坏(剪力)无裂纹、不连续面的材料塑性变形矿物晶粒小热

34、力作用所造成的双晶是这些因素都是相对的，并非绝对。不同材料或同一材料在不同条件下的声发射特性有4河海大学硕士学位论文很大的差异。这些差异的完整规律和科学解释尚待进一步研究【7】。各种材料的声发射信号频率范围很宽，从次声频、声频到超声频。图1 2 为一些材料的声发射检测频率范围b 1【8】。检测到的声发射信号的频率主要受材料、声发射产生机制、声发射量测系统及传感器对频率的响应等因素的影响。频率(H z)l 酽l O 11 0 01 0 11 0 21 0 31 0 41 0 51 0 61 0 7243 7 注：l 远震研究2 地震勘探3 微震研究4 复合材料声发射研究5 地质材料早期声发射研究

35、6 地质材料有限声发射研究7 金属材料声发射研究图1 2 不同材料声发射检测频率范围1 2 4 声发射信号简化波形参数声发射信号波形是指应力波经传感器谐振后输出的波形，如图1 3 所示。传感器在谐振状态下达到最大输出幅度，并由于阻尼作用而衰减，信号幅值逐渐减小。在此过程中，传感器可能继续接收到反射波或其它不同模态的波，在信号的时域波形图上出现一个或几个小峰。图1 3 本文试验中所采集到的声发射波形通过声发射系统硬件对信号波形进行初步的处理和整理，可将复杂的波形转换成不同的声发射信号简化波形参数来对声发射源的特征进行分析和处理。图1 4 为标准突发型声发射信号简化波形参数的示意图。下面阐述几种常

36、用声发射信号简化波形参数(以下简称为声发射信号参数)的含义及其用途【1 4】【1 5 1【1 6】：第一章绪论上升时间I趟7I 八阈馨j 四计数开始髫I一、1IIl、，人 i、一V，VVV 一一首次超越I持续l 寸间末饮超越阙值时间阈佰时间l23456振铃兰兰几几几几兀图l。4 声发射信号简化波形参数示意图撞击(H i t)和撞击计数：超过阈值并使某一通道获取数据的信号称之为一个撞击f 6】。图1 4 为突发型标准声发射信号简化波形参数的示意图。图中撞击波形从首次超越阂值时间开始记录，直到末次超越闽值时间结束。以幅度来判断，撞击波形采集的是波形的主要部分，其他的声发射信号参数都是在撞击波形的基

37、础上提炼出来的。对撞击个数进行计数，称为撞击计数，其数量的多少受到阂值的影响，可分为撞击累计数、撞击计数率。累计数是从试验开始到某一特定时间(如试验结束)总的计数，反映声发射活动的总量；计数率则是单位时间内的计数，反映了声发射活动的频度，常用于声发射活动性评价。不同的研究者翻译“H i t”时，在表述上有一定的差异，除翻译为“撞击【1 6】外，还有译成“波击【1 4】和“事件【1 7】【1 8】的，但表达的含义与上述解释相同。事件(E w I n t)和事件计数：引起声发射的一次材料局部变化称为一个声发射事件【6】。声发射事件产生的瞬态应力波向四周传播，这种声发射波会在一个或多个通道上以撞击的

38、形式被检测到，这些撞击信号通过定位技术可反演得到声发射源。对事件个数进行计数，称为事件计数。可分为事件累计数和事件计数率，分别反映了声源产生声发射活动的总量和频度，常用于声源产生声发射活动性和定位集中度评价。能量：在美国P A c 公司生产的声发射系统中，与信号能量有关的参数有三个，分别是绝对能量(A b s o l u t eE n e 唱y)、信号强度(S i 伊a lS t r 锄g m)和能量(E n 鹕y)。绝对能量(A b s o l u t eE n e r g y)是声发射撞击信号能量的真实反映，单位为a J o u l 舒(简写为a J)，l a J 相当于1 0 1 8 J

39、。仪器输出信号的绝对能量可由以下公式1 9 1 计算得到：6河海大学硕士学位论文A b s。t u t e E n e 啊=等姜K 2式中，V i 为采样点电压，t 为采样点的时间间隔，m 为持续时间内的采样点数，R是测量电路的输入阻抗。信号强度(S i 盟a lS 低I 啪)是对声发射撞击信号能量另一种形式的度量，单位为p i c o v o l t-s e c，l p i c o V 0 l t-s e C 相当于l0-1 2 V o l t-s e C。仪器输出信号的信号强度可由以下公式计算得到；s i 印a l s t r e n g m=f 吲(1 2)f=O式中，V i 为采样点电

40、压，t 为采样点的时间间隔，m 为持续时间内的采样点数。能量(E n e 聊)也称为“P A C E n 哪矿，是美国P A C 公司在1 9 7 8 年，为了与模拟声发射系统的增益匹配而定义的声发射信号参数。其内涵与信号强度相同，只是灵敏度、大小和动态范围与信号强度不同。在早期的S P A R T A N 和L O C A N 系列声发射系统中能量是一个基于增益的量，一个计数所代表的能量大小随系统增益的改变而变化。而后期的P C I 8、D i S P、M I S T R A S 2 0 0 1 和L A M 系统由于在整个声发射信号动态范围内工作，因此不需要设置系统增益。除了以上美国P A

41、 C 公司定义的与能量相关的三个参数外，另有研究者认为，声发射信号能量是指声发射信号包络线下的面积，也就是某些文献上所说的M A R S E(M e a S u r e dA r e ao f t h eR e c t i 矗e ds i g n a lE n v e l o p e)【1 7】。根据S p a n n 一2 0 1 的定义，一个声发射撞击所释放的能量可以表示为：E 嘲=A I n p l i t u d e+1 0 木h g(D u r a t i n)(1 3)声发射信号能量参数与信号的实际能量直接相关，对于材料的断裂及损伤程度的评价具有重要意义。能量参数的测量，解决了小幅

42、度连续型声发射信号的测量问题。能量参数分为累计能量和能量率，能反映信号的相对能量或强度，对阈值、工作频率和传播特性不太敏感，可用于波源的类型鉴别。振铃计数(C 0 u n t S)：是指信号的振荡越过阈值后形成振铃脉冲的个数，如图1 4 所示的撞击信号中共有6 个振荡信号越过阈值形成振铃脉冲。分为振铃累计数和振铃计数率。在某一实验阶段内总的振铃计数称为振铃累计数，单位时间内的振铃计数称为振铃计数率，分别反映了声发射活动的总量和频度。其优点是信号处理简便，能粗略反映信7第一章绪论号强度，既适用于突发型信号又适用于连续型信号，因而广泛用于声发射活动性评价，但受阈值大小的影响。峰值幅度(A m p

43、l i n l d e)和幅度计数：峰值幅度是指声发射撞击信号波形的最大(正的或负的)振幅，通常简称为幅度，单位为d B(传感器输出l 为0 d B)。幅度可由以下的公式计算得到：幅度(d B)=2 0 l g(V 一1)一前置放大器增益(d B)(1 4)例如，若前置放大器增益为4 0 d B，测得的最大电压V n 瞰为l v，则由式1 4 得幅度为8 0 d B，该幅度表征的是放大之前传感器输出的信号。幅度与声发射源处的损伤程度直接相关，不受阈值的影响，直接决定撞击的可测性，常用于波源类型鉴别和衰减测量。有效值电压(蹦S)：采样时间内信号的方均根(R M S)值，以v 为单位，用下式表示：

44、=胁(1 5)式中，T 为平均时间，V(t)为随时间变化的信号电压。有效值电压与声发射的大小有关，测量简便，不受阈值的影响，适用于连续型信号，主要用于连续型声发射活动性评价。平均信号电平(A S L)：是指采样时间内信号电平的均值，用对数刻度对声发射幅度进行测量，以d B 为单位。与蹦S 类似，该参数也不受阈值的影响，适用于连续型信号。持续时间(D 删i o n)：是指撞击信号从第一次越过阈值到最后一次越过阈值所经历的时间间隔，以螂表示。受阈值的影响，常用于特殊波源类型和噪声的鉴别。上升时间(R i s et i m e)：是指撞击信号从第一次越过阈值到最大振幅所经历的时间间隔，以H s 表示

45、。这一参数因受到传播的影响，物理意义不很明确，有时可用于机电噪声识别。平均频率(A v e m g eF r e q u 朗c y)：该参数是针对一个完整的声发射撞击信号而言的，以k H z 为单位，与振铃计数和持续时间有关，能粗略反映信号的频率。计算公式为：平均频率=振铃计数持续时间(1 6)初始频率(I n j t i a t i o nF r e q u 锄c y)：该参数是针对信号的上升时间段而定义的频率，以k H z 为单位，与峰前振铃计数和上升时间有关，能粗略反映信号的频率。计算公式为：河海大学硕士学位论文初始频率=峰前振铃计数上升时间(1 7)混响频率(R e v e r b e

46、 r a t i o nF r e q u c y)：该参数是针对信号峰值后的时间段而定义的频率，以m z 为单位，与振铃计数、峰前振铃计数、持续时间和上升时间有关，能粗略反映信号的频率。计算公式为：混响频率=(振铃计数一峰前振铃计数)(持续时间一上升时间)(1 8)获得信号频率较精确的方法，可通过对撞击波形进行频谱分析提取出信号的峰值频率，即频谱中最大振幅所对应的频率。对某一声发射过程中的声发射频率成分进行统计的结果为频率分布，不同材料、不同状态以及不同的变形或开裂过程所发出的声发射信号的频率不同。因此，频率分布反映了声发射信号的频率组成。到达时间(灿矗v a lt i l n e)：是指声

47、发射波到达传感器时，由系统处理器识别的声发射信号开始点，即图1 4 中所示首次超越阈值的时间。受阈值大小的影响，常用于声发射信号参数时程图的绘制以及声源位置的确定。1 3 国内外研究现状1 3 1 声发射技术的发展现状现代声发射技术的开始以2 0 世纪5 0 年代初K a i s e r 在德国所作的研究工作为标志。他对多种金属材料的声发射现象进行了系统的研究，并发现了后来以其名字命名的声发射不可逆效应一凯塞效应，即“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明显声发射信号”。K a i s e r 同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念【2 1 1。2 0 世纪6 0 年代

48、初，G r e e n 等人首先开始了声发射技术在无损检测领域的应用1 2 2。1 9 6 4 年，美国学者D l m e g a l l 等人把试验频率提高到超声频段(1 0 0 k H z 一1 M H z)删，这是实验技术的重要发展，为声发射技术从实验室的材料研究发展到对大型实际结构进行完整性评估创造了条件。此外，美、日、德等国相继成立了声发射的专门研究机构，并开始对声发射的机理问题展开研究。这一阶段的工作虽侧重于声发射现象的基础研究，但成果却表明，声发射技术的应用走在了理论之前。2 0 世纪7 0 年代是声发射技术蓬勃发展的阶段，美国N o r t e c 公司推出第一台商用现代声发射

49、检测仪器，标志着声发射技术从实验室研究阶段走向实际应用，随后大量声发9第一章绪论射仪器公司相继出现，如D u c n g a I l 创立的D u e n g a n 公司，贝尔试验室创建的物理声学公司(P A C)。声发射技术在压力容器、核容器和焊接过程控制方面的应用取得了初步成功【2 4】，同时对声发射传播理论、声发射传感器的校正理论、实验技术，以及声发射信号分析等问题开展了广泛、系统、深入的研究工作，并取得一定的进展【2 翻。2 0 世纪8 0 年代初，美国P A C 公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统，并开发了一系列多功能检测和数据分析软件，可对被检测构件进行实时声发射源定位

50、监测和数据分析显示。在此阶段，声发射检测技术在金属和玻璃钢压力容器、储罐、管道等重要领域进入工业化应用【2 6 1。但由于当时技术水平的限制，实验结果的可靠性和重复性等方面存在一定的问题。进入2 0 世纪9 0 年代，德国V a l l e l lS y s t e I n e 公司、日本日铁株式会社和美国P A C 公司等开发生产了新一代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除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。声发射检测仪器进入了参数和波形混合分析的发展阶段，不过仍然是以参数分析为主。随着计算机技术的飞速发展，目前已能够生产出全波