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摘要：声发射技术常常用来研究观测桥梁钢裂纹的扩展。疲劳裂纹扩展速率在每周期10-4 mm到10-3mm范围内的被八通道，十二数位的声发射系统观测。八个声发射传感器被放置在盘状25mm厚的钢材上。其中四个为共振的，中等级的声发射传感器。剩余四个为宽频率段段、高灵敏度传感器。共振传感器的频率范围为100到300KHZ，宽频率段传感器的频率范围为50KHZ到1.5MHZ。每一记录到的声发射事件可以产生八个瞬间波形。实验中得到的一代表性的系列波形将用来分析。通过到达的一系列相关波形，我们将裂纹从外部可视的声发射事件角度进行分类。声发射事件一般產生于试样的接头部位。
关键词：声发射 无损检测 定位
1、实验原理
固体介质中传播的声发射信号含有声发射源的特征信息，要利用这些信息反映材料特性或缺陷发展状态，就要在固体表面接收这种声发射信号。接收、处理、分析和显示声发射信号便是对声发射信号的处理过程。
固体材料内部缺陷的发生和扩展，以弹性波的形式释放能量，并向四周传播，缺陷便成为声发射源。为了在固体材料表面某一范围测量出缺陷的位置，可以将几个压电换能器按一定的几何关系放置在固定点上，组成换能器阵（或称阵列），测定声源发射的声波传播到各个换能器的相对时差。将这些相对时差代入满足该阵几何关系的一组方程求解，便可以得到缺陷的位置坐标。在实际操作中，通常有以下几种定位方法：1）直线定位法。2）归一化正方阵定位法。3）平面正方形定位法。4）平面正三角形定位法。5）任意平面三角形定位法。6）球面三角形定位法。7）区域定位法。
在实际操作中，我们常常采用直线定位法。下面我们将简单介绍直线定位法。
直线定位法就是在一唯空间中确定声发射源的位置坐标，亦称线定法。线定位是声源定位中最简单的方法，多用于焊缝缺陷和裂纹的定位。在一唯空间放置两个换能器，它们所确定的源位置必须在两个换能器的连接直线或弧线上。如下图1所示，取坐标原点为两换能器之间连接直线的中点，取1→2的方向为正方向。
如换能器1首先接收到声发射信号，时差计数器所计的数值取负号；反之，换能器2首先接收到声发射信号，时差计数值取正号。
2、实验仪器介绍
声发射信号是前沿时间只有几十到几百毫微秒、重复频率高的瞬变随机波信号。局部瞬变产生的声发射波在试样表面的垂直位移约为10-7～～10-14米，频率分布在次声到超声频率范围（几千赫兹到几十赫兹）。目前的声发射仪器大体上可分为两个基本类型，即单通道声发射检测仪和多通道声发射源定位和分析系统。
单通道声发射检测仪一般采用一体结构，也可以采用组件组合结构。它由换能器、前置放大器、衰减器、主放大器、门槛电路、声发射率计数器、总数计数器以及数模转换器组成。对于组合结构的仪器，也可以增加峰值振幅、有效值电压和能量等多功能测量插件。
声发射信号由换能器接收并转换为电信号，换能器根据特定的校准方法，给出频率——灵敏度曲线，据此可根据检测目的和环境选择不同类型、不同频率和灵敏度的换能器。
多通道声发射检测系统组成除了包括单通道声发射仪器模拟量检测和处理系统外，还包括数字量测定系统（时差测量装置等）以及计算机数据处理系统和外围显示系统。这样的系统不仅可以在线实时确定声发射源的位置，而且还可以实时评价声发射源的有害度。为了综合评价声源的有害度，往往还没有压力或温度等参量测量系统。
实验设计和实验过程
在实验过程中，我们所用的实验原理即为：对材料或结构加载荷，材料的微观结构发生变化，就会实时产生声发射信号。我们在实验过程中，将一有效尺寸为长61cm，宽8cm，厚度为0.638cm的钢板的一端固定在有四个螺母的固定架子上，使其形成悬臂样，为了便于在声发射过程中接收和观测声发射信号，我们在距离悬臂一端10cm处钢板上方锯了一宽0.2cm，深0.3cm的小口。并将四个传感器按平面正方形定位法放置。
由于钢板最大的缺陷，即我们所锯的开口位置已知，因此，我们只需观测声发射信号与钢板所受静荷载，即钢板所受力大小的关系。我们在钢板悬臂一端的下方放置一千斤顶，将传感器用传输介质与钢板表面连接固定好后，再与滤波器连接，然后再将滤波器与微型计算机连接。其中微型计算机里面装有数据采集软件和数据分析软件，用来对所接收的声发射信号进行处理。
当一切准备就绪以后，我们便开始摇动千斤顶把手，使其顶端上升。当千斤顶的顶端与钢板的悬臂端接触后，继续摇动把手，千斤顶的顶端便会对钢板的悬臂端产生力的作用，于是，对钢板的静荷载开始形成，钢板开始产生弯曲。千斤顶顶端上升的距离与钢板悬臂端所受力大小的关系可由下公式（1—1）计算得出。
Iz—整个横截面对中性轴的惯性矩；
E---钢材的弹性模量；
l---钢板的长度；
P---钢板悬臂端所受到的静荷载力；
Y---钢板悬臂端的弯曲变形量。
在本次实验中，我们将千斤顶顶端向上移动的最大距离为0.8cm，由上公式（2—1）可计算得出钢板悬臂端所承受的最大荷载，亦即最大压力。
总结
采用4个换能器阵列定位声源，根据阵列的最大时差就可以定出4个换能器接收到信号的全部时差组合，从而定出各种时差组合可能确定的位置，采用计算机软件统计处理，从大量的噪声源位置中区分出真正的声源位置。由于时间仓促和对声学信号处理软件还没有达到深入的了解，我们只能对声源位置和声发射信号作出一些定性的分析。
结论
1.因为桥梁钢脆且有很高的断裂韧性，在裂纹扩展过程中，我们期望声发射源的发生时间较长。因此，声发射信号的振幅将会减小。
2.将传感器放置在桥梁钢的裂纹处将更容易观测。由几何形状传播引起的衰减和波的扩散因为传感器放置在这个位置而会减小。
3.当产生声发射信号反射的几何特征没有形成时，对裂纹扩展声发射信号的观测将取决于声发射传感器的放置位置，因为这些位置是由声发射源的放射方式决定的。
参考文献
[1]袁振明，马羽宽著，声发射技术及其应用，机械工业出版社，1985年8月；
[2]许凤旌著，声发射技术在复合材料发展中的应用，机械工程材料，第21卷第4期，1997年8月；
[3]石南林，朱祖铭，郭延风著，复合材料断裂机制的声发射研究，材料研究学报，1997年2月；
[4]刘学文，林吉中，袁祖贻著，应用声发射技术评价材料疲劳损伤的研究，中国铁道科学，第18卷第4期（总42期），1997年12月；
关键词：声发射 无损检测 定位
1、实验原理
固体介质中传播的声发射信号含有声发射源的特征信息，要利用这些信息反映材料特性或缺陷发展状态，就要在固体表面接收这种声发射信号。接收、处理、分析和显示声发射信号便是对声发射信号的处理过程。
固体材料内部缺陷的发生和扩展，以弹性波的形式释放能量，并向四周传播，缺陷便成为声发射源。为了在固体材料表面某一范围测量出缺陷的位置，可以将几个压电换能器按一定的几何关系放置在固定点上，组成换能器阵（或称阵列），测定声源发射的声波传播到各个换能器的相对时差。将这些相对时差代入满足该阵几何关系的一组方程求解，便可以得到缺陷的位置坐标。在实际操作中，通常有以下几种定位方法：1）直线定位法。2）归一化正方阵定位法。3）平面正方形定位法。4）平面正三角形定位法。5）任意平面三角形定位法。6）球面三角形定位法。7）区域定位法。
在实际操作中，我们常常采用直线定位法。下面我们将简单介绍直线定位法。
直线定位法就是在一唯空间中确定声发射源的位置坐标，亦称线定法。线定位是声源定位中最简单的方法，多用于焊缝缺陷和裂纹的定位。在一唯空间放置两个换能器，它们所确定的源位置必须在两个换能器的连接直线或弧线上。如下图1所示，取坐标原点为两换能器之间连接直线的中点，取1→2的方向为正方向。
如换能器1首先接收到声发射信号，时差计数器所计的数值取负号；反之，换能器2首先接收到声发射信号，时差计数值取正号。
2、实验仪器介绍
声发射信号是前沿时间只有几十到几百毫微秒、重复频率高的瞬变随机波信号。局部瞬变产生的声发射波在试样表面的垂直位移约为10-7～～10-14米，频率分布在次声到超声频率范围（几千赫兹到几十赫兹）。目前的声发射仪器大体上可分为两个基本类型，即单通道声发射检测仪和多通道声发射源定位和分析系统。
单通道声发射检测仪一般采用一体结构，也可以采用组件组合结构。它由换能器、前置放大器、衰减器、主放大器、门槛电路、声发射率计数器、总数计数器以及数模转换器组成。对于组合结构的仪器，也可以增加峰值振幅、有效值电压和能量等多功能测量插件。
声发射信号由换能器接收并转换为电信号，换能器根据特定的校准方法，给出频率——灵敏度曲线，据此可根据检测目的和环境选择不同类型、不同频率和灵敏度的换能器。
多通道声发射检测系统组成除了包括单通道声发射仪器模拟量检测和处理系统外，还包括数字量测定系统（时差测量装置等）以及计算机数据处理系统和外围显示系统。这样的系统不仅可以在线实时确定声发射源的位置，而且还可以实时评价声发射源的有害度。为了综合评价声源的有害度，往往还没有压力或温度等参量测量系统。
实验设计和实验过程
在实验过程中，我们所用的实验原理即为：对材料或结构加载荷，材料的微观结构发生变化，就会实时产生声发射信号。我们在实验过程中，将一有效尺寸为长61cm，宽8cm，厚度为0.638cm的钢板的一端固定在有四个螺母的固定架子上，使其形成悬臂样，为了便于在声发射过程中接收和观测声发射信号，我们在距离悬臂一端10cm处钢板上方锯了一宽0.2cm，深0.3cm的小口。并将四个传感器按平面正方形定位法放置。
由于钢板最大的缺陷，即我们所锯的开口位置已知，因此，我们只需观测声发射信号与钢板所受静荷载，即钢板所受力大小的关系。我们在钢板悬臂一端的下方放置一千斤顶，将传感器用传输介质与钢板表面连接固定好后，再与滤波器连接，然后再将滤波器与微型计算机连接。其中微型计算机里面装有数据采集软件和数据分析软件，用来对所接收的声发射信号进行处理。
当一切准备就绪以后，我们便开始摇动千斤顶把手，使其顶端上升。当千斤顶的顶端与钢板的悬臂端接触后，继续摇动把手，千斤顶的顶端便会对钢板的悬臂端产生力的作用，于是，对钢板的静荷载开始形成，钢板开始产生弯曲。千斤顶顶端上升的距离与钢板悬臂端所受力大小的关系可由下公式（1—1）计算得出。
Iz—整个横截面对中性轴的惯性矩；
E---钢材的弹性模量；
l---钢板的长度；
P---钢板悬臂端所受到的静荷载力；
Y---钢板悬臂端的弯曲变形量。
在本次实验中，我们将千斤顶顶端向上移动的最大距离为0.8cm，由上公式（2—1）可计算得出钢板悬臂端所承受的最大荷载，亦即最大压力。
总结
采用4个换能器阵列定位声源，根据阵列的最大时差就可以定出4个换能器接收到信号的全部时差组合，从而定出各种时差组合可能确定的位置，采用计算机软件统计处理，从大量的噪声源位置中区分出真正的声源位置。由于时间仓促和对声学信号处理软件还没有达到深入的了解，我们只能对声源位置和声发射信号作出一些定性的分析。
结论
1.因为桥梁钢脆且有很高的断裂韧性，在裂纹扩展过程中，我们期望声发射源的发生时间较长。因此，声发射信号的振幅将会减小。
2.将传感器放置在桥梁钢的裂纹处将更容易观测。由几何形状传播引起的衰减和波的扩散因为传感器放置在这个位置而会减小。
3.当产生声发射信号反射的几何特征没有形成时，对裂纹扩展声发射信号的观测将取决于声发射传感器的放置位置，因为这些位置是由声发射源的放射方式决定的。
参考文献
[1]袁振明，马羽宽著，声发射技术及其应用，机械工业出版社，1985年8月；
[2]许凤旌著，声发射技术在复合材料发展中的应用，机械工程材料，第21卷第4期，1997年8月；
[3]石南林，朱祖铭，郭延风著，复合材料断裂机制的声发射研究，材料研究学报，1997年2月；
[4]刘学文，林吉中，袁祖贻著，应用声发射技术评价材料疲劳损伤的研究，中国铁道科学，第18卷第4期（总42期），1997年12月；