1．聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)基本原理

　　聲發(fā)射(ACOUSTIC EMISSION,簡(jiǎn)稱AE) 是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象，也稱為應(yīng)力波發(fā)射。聲發(fā)射是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，大多數(shù)工程材料變形和斷裂時(shí)都有聲發(fā)射產(chǎn)生，如果釋放的應(yīng)變能足夠大，還可產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的聲音。例如坐在椅子上晃動(dòng)身體時(shí)，可以聽(tīng)見(jiàn)嘎吱聲。

　　在檢測(cè)實(shí)踐中，通常我們需要借助靈敏的電子儀器來(lái)探測(cè)從缺陷處發(fā)出的聲發(fā)射信號(hào)，這種利用儀器探測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)并利用聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)一步推斷聲發(fā)射源性質(zhì)的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)涉及聲發(fā)射源、波的傳播、聲電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)顯示與記錄、解釋與評(píng)定等基本概念。

　　由于聲發(fā)射的產(chǎn)生機(jī)制不同，傳統(tǒng)意義所講的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)主要是采集并分析突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)來(lái)推斷結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重性的技術(shù)。而分析由于泄漏介質(zhì)與漏孔摩擦產(chǎn)生的連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)推斷泄漏的部位、大小的技術(shù)稱為聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)。

2聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)原理

　　聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)是聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用的重要分支之一。其原理是：當(dāng)氣體或液體在一定壓力作用下從漏孔泄漏時(shí)會(huì)在漏孔處激發(fā)出連續(xù)的機(jī)械波，通過(guò)示波器觀察泄漏激發(fā)的聲發(fā)射波形，其形狀為幅度波動(dòng)很小的、連續(xù)的、幾乎無(wú)任何規(guī)律的波動(dòng)。泄漏聲發(fā)射波的頻帶范圍分布隨漏孔大小、泄漏速度、泄漏介質(zhì)不同可從幾Hz到幾百kHz不等。利用適合的聲發(fā)射傳感器接收這些來(lái)自泄漏部位的聲發(fā)射波，然后將機(jī)械波轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并放大后傳送至聲發(fā)射主機(jī)，經(jīng)過(guò)分析處理就可以確定并得到泄漏的位置和泄漏量的大小等信息。
一般而言，泄漏量越大，激發(fā)的聲發(fā)射信號(hào)幅度也越高。對(duì)于聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)而言，所用的傳感器頻率越低，則能監(jiān)聽(tīng)更遠(yuǎn)距離的泄漏源。由于受到環(huán)境噪聲的影響，聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的頻率范圍多數(shù)在幾十KHz～幾百KHz之間。資料顯示，目前聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的靈敏度最高可以達(dá)到10-2～10-3P.m3/s。因此，可以看出聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)是一種相對(duì)靈敏度較低的檢測(cè)技術(shù)，目前其主要應(yīng)用在航空航天、石油化工、電力、核電等行業(yè)的管路、閥門(mén)、容器、貯罐等。

3 聲發(fā)射泄漏信號(hào)的表征

　　泄漏激發(fā)的聲發(fā)射信號(hào)屬于連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)，表征連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的大小通常用平均信號(hào)電平值（簡(jiǎn)稱ASL）和有效值電壓（RMS）來(lái)表示。ASL值是用dB表示的信號(hào)幅度的平均值，RMS值是用電壓V表示的信號(hào)幅度的平均值。一般而言，RMS值表征泄漏信號(hào)比ASL值要靈敏些，一些專用的聲發(fā)射泄漏檢測(cè)儀器就是利用RMS值的變化來(lái)推斷泄漏是否發(fā)生的。而一些通用的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，則多通過(guò)觀察ASL值的變化來(lái)判斷泄漏是否發(fā)生。

　　聲發(fā)射泄漏檢測(cè)時(shí)，采集到的信號(hào)RMS值和ASL值是一種綜合效應(yīng)，除泄漏聲發(fā)射信號(hào)外還包括儀器本身的電噪聲、環(huán)境電磁噪聲、流體噪聲、結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射等等。在這些影響因素中，儀器本身電噪聲對(duì)于一臺(tái)特定的儀器基本是固定不變的，而環(huán)境電磁噪聲則隨檢測(cè)環(huán)境不同而變化較大。隨著儀器制造水平的不斷提高，儀器適應(yīng)環(huán)境噪聲的能力已經(jīng)大大提高，除非在非常惡劣的電磁環(huán)境中，例如靠近大功率發(fā)射臺(tái)站等，其對(duì)信號(hào)幅度的影響不是特別顯著。

　　流體噪聲和結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射是聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的主要影響因素。對(duì)于流體噪聲，我們經(jīng)常會(huì)在在線檢測(cè)管路和容器時(shí)遇到，由于其聲發(fā)射機(jī)制與泄漏產(chǎn)生聲發(fā)射的機(jī)制一致，因此最難排除和處理，通常解決這類噪聲的影響，只能采取提高檢測(cè)頻率，犧牲檢測(cè)靈敏度的辦法。對(duì)于結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射的影響，我們可以在保壓時(shí)進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè)，因?yàn)楸�壓時(shí)，大多數(shù)結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射會(huì)趨于平靜、收斂，這時(shí)結(jié)構(gòu)變形聲發(fā)射對(duì)監(jiān)測(cè)的影響最小。

　　綜上可以看出，判斷是否發(fā)生泄漏的主要辦法就是觀察信號(hào)幅度（ASL或RMS值）是否異常上升并維持在一定的水平，排除干擾因素后就基本可以判斷是否發(fā)生了泄漏。

4 泄漏源位置的確定

　　在聲發(fā)射泄漏檢測(cè)中，泄漏源位置的確定一直是技術(shù)的難點(diǎn)。從泄漏聲發(fā)射定位技術(shù)上看，泄漏源定位主要包括區(qū)域定位和時(shí)差定位。

　　區(qū)域定位可以確定泄漏源大致的發(fā)生在哪個(gè)檢測(cè)通道監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，而準(zhǔn)確定位則需要通過(guò)其它手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如當(dāng)泄漏產(chǎn)生時(shí)，在泄漏源處會(huì)激發(fā)出連續(xù)的聲發(fā)射信號(hào)，這些聲波以泄漏源點(diǎn)為中心向四周傳播，這樣信號(hào)就被布置在四周的聲發(fā)射傳感器所接收，各通道所接受的信號(hào)大小就在儀器上以ASL值或RMS值的形式顯示出來(lái)。假如被檢結(jié)構(gòu)是各向同性并在各個(gè)傳遞方向上聲波衰減率一致。則可以做出如下判斷：哪個(gè)通道的信號(hào)幅度高則泄漏源距離這個(gè)檢測(cè)通道最近。這樣就可大致確定泄漏產(chǎn)生的區(qū)域。如果同時(shí)比較其它檢測(cè)通道的信號(hào)幅度高低還可以進(jìn)一步縮小泄漏源所在的區(qū)域。這種方法對(duì)于單一泄漏源的判斷比較適合，然而對(duì)于在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)泄漏源時(shí)則判斷就十分困難。?

　　泄漏信號(hào)的時(shí)差定位技術(shù)是聲發(fā)射泄漏檢測(cè)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。近來(lái)有文獻(xiàn)表明，在單點(diǎn)泄漏的情況下可以利用兩個(gè)聲發(fā)射通道進(jìn)行成功定位。時(shí)差定位法可以較為準(zhǔn)確的確定泄漏源的位置，常用的有幅度衰減法、互相關(guān)法等等。幅度衰減法的原理是利用事先測(cè)量被檢對(duì)象在各個(gè)方向的信號(hào)幅度衰減曲線，并利用兩個(gè)或兩個(gè)以上傳感器的已知位置距離和對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度值進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定泄漏源的準(zhǔn)確位置。

　　另外一種時(shí)差定位方法為互相關(guān)時(shí)差定位法，其原理是采集多通道聲發(fā)射信號(hào)的波形，通過(guò)波形分析和頻譜分析利用數(shù)學(xué)互相關(guān)的方法來(lái)確定泄漏源信號(hào)到達(dá)傳感器陣列各傳感器的時(shí)差，進(jìn)而確定泄漏源的位置。這種技術(shù)在工況簡(jiǎn)單的構(gòu)件上有較好的效果，但對(duì)于復(fù)雜的構(gòu)件、多點(diǎn)泄漏源的情況，由于聲波傳播過(guò)程的衰減和波形畸變嚴(yán)重，使得這種方法定位精度受到很大干擾。

　　從檢測(cè)實(shí)踐來(lái)看，無(wú)論哪種定位方法，都有自身的局限性，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到各種干擾因素的影響，一般而言不同材料、結(jié)構(gòu)的被檢件其定位的具體算法和判斷也有很大差異。實(shí)踐證明，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單定位準(zhǔn)確率也越高。