·声发射的机械断裂定位

2万 · 2019-9-11 15:59

·声发射的机械断裂定位
根据声发射检测系统各环节容易引入噪声的
特点，设计了针对于机械铸件的模拟带通滤波器;设计了声发射信号识别状态机，
利用FPGA的硬件平台优势，高效完成特征参数的提取;针对声发射源时差定位
提出基于离群点分析的Chan定位算法，该算法原理简单、计算量小且定位精度
高;最后通过方案论证完成对元器件的选型和选定基于FPGA和STM32的硬件
平台，并着重讲解了特征参数提取的VerilogHDL代码和定位算法的C代码实现
思路。

2万 · 2019-9-11 15:59

声发射技术是动态无损检验法之一，与超声波探伤和X射线成像技术不同，
声发射仪器检测到的能量来自于被测物体内部。这种被动检测技术有其明显的优
势，它可以记录裂纹的萌发和扩展过程，而其它无损检测只能在裂纹产生后才能
探测到。声发射的上述特点使其非常适合大型机械构件的实时故障监测、失效形
式判定和损伤程度评价。声发射技术在冶金、电力、民用工程、材料试验、铸件
加工、航空航天和交通运输等领域有广泛的应用，在桥梁健康诊断和压力容器监
测领域，其技术和标准己经日渐成熟。

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二维定位或称平面定位，主要有区域定位和时差定位。时差定位的参考量是
传感器接收到声发射信号的时间点，通过几何公式计算安置在不同位置的传感器
时间点，就可以得到声发射源的相对位置[}2y。在国内，唐顽在研究铝合金平板高
速撞击时的声发射定位时提出时标最小方差法，把声发射源定位转换成二元函数
中求解最小值的数学问题[}22}。刘治东在研究各向异性材料时，提出虚拟波阵面法，
又将声发射源定位转换成一元函数的求解最小值问题。

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裂纹是从材料的微观形变量超过其屈服值开始的。在试件的单向拉伸受力分
析实验中，材料在弹性形变阶段，只有少数的声发射信号放出;当试件被拉伸到
屈服极限时，内部出现大范围塑性形变，微观错位运动大量发生，此时会释放出
最多的声发射信号，达到峰值;随后塑性形变加剧，材料硬化，位错运动自由度
变小，声发射信号逐渐减弱;当材料发生紧缩现象时，声发射信号消失。在试
件的交变负载实验中，实验环境模拟金属结构实际运行环境，材料会出现最主要
的失效形式一一疲劳裂纹，此时的声发射信号以高频扩展波为主。

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上升时间指声发射信号第一次超过系统门槛值和幅度出现位置的时间差。电
磁干扰信号是声发射信号混入的主要噪声，但是其上升时间很短，使用上升时间
可以有效识别出电磁干扰，所以此参数常用于检测流程中的去除背景噪声。根据
定义可知，上升时间与系统设置的阂值有关，除此之外，由于声发射波在材料中
传播会发生不同程度的衰减，且与传输距离成正比，所以声发射源与传感器的距
离也会对上升时间产生较大影响。

2万 · 2019-9-11 16:12

持续时间和振铃系数之间有密切的关系，持续时间是首次振铃的起始时间和
末尾振铃的结束时间的时间差，又称延时。它反映了声发射信号的频率，在相同
的振铃系数下，持续时间越短，说明声发射信号的频率越高。此参数也被用于识
别信号的有效性，例如，电子干扰信号相对于金属材料声发射信号的持续时间明
显较短，系统可以使用持续时间有效的剔除电子干扰噪声的影响。

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