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何为声发射？如何理解其中“声”的含义？

2017-12-15 16:08:32 5218

0 ` 一、声发射技术研究表明，承受荷载的固体往往有热发射现象、表面电子发射现象和声发射现象。从能量的转换角度来看，当固体受到荷载以后，就如同一个能量转换器，将应变能转换成热能、电能、声能发射出去。这些能量是固体因受外力而引发的固有现象，因此，这些能量的特征和量值的大小就自然代表着固体材料内的某些属性。当结构或者材料受外力荷载或内力作用产生变形、断裂、材料内部缺陷，或潜在缺陷在外部条件作用下改变状态时，以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。声发射是一种常见的物理现象，各种材料声发射信号的频率范围很宽，从几Hz的次声频、20 Hz～20K Hz的声频到数MHz的超声频；声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。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，人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。作为一种新的无损检测技术，声发射检测技术与常规无损检测技术: 渗透、磁粉、涡流、射线、超声检测相比较具有两个基本性的特点: 敏感于动态缺陷,而不是静态缺陷; 即不像其他无损检测技术只是在缺陷出现后，事后静态检测时才能发现，而是在缺陷萌生和扩展过程中，即能实时发现。声发射波来自缺陷的本身而不是外部; 从而可以得到有关缺陷的丰富的信息以及检测的高灵敏度与高分辨率。二、声发射技术基本原理材料的声发射源主要有：材料塑形变形和位错运动；裂纹的形成与扩展。声发射的发生要具备以下两个条件：第一，材料要受外载作用；第二，材料内部结构或缺陷要发生变化。声发射检测常用仪器由信号接收（传感器）、信号处理（包括前置放大器、主放大器、滤波器及各种处理方法相适应的仪器）和信号显示（各种参数显示装置）三部分组成。声发射信号是极其微弱的信号，不同类型的声发射源所发射的信号频率和幅度相差很大，而且声发射信号是上升时间短、重复速率很高的脉冲。实验表明，各种材料声发射的频率范围很宽，从次声频、声频到超声频，频率可达50MHz，而且声发射测试时常常有各种机械的、液体的和电气的噪应速度、高灵敏度、高增益、高动态范围及对强信号阻塞的恢复能力；第二，具有较宽的频响范围，有较大的频率检测窗口选择余地；第三，具有抗干扰和排除噪声的多种功能；第四，根据检测目的的不同，还要求检测仪器具有快速、完善的分析处理功能和不同的显示功能。常用的声发射仪器按通道的数量可分为单通道声发射检测仪和多通道声发射系统，此外，还有全数字化系统和工业专用系统。单通道声发射仪可进行声发射信号的多种分析，但是无法进行声源定位。多通道声发射仪则可进行多种分析和声源定位，声发射技术已不局限于在采矿工程中应用，而是早已渗透到其他各个领域。例如，对大型结构的健全性声发射评价，对大型压力容器或管道进行声发射无损检测，利用声发射对隧道施工中围岩松动区进行监测和评价，地下空区的声发射监测，送电铁塔基础变形的声发射监测，甚至还用于控制轻武器弹壳的生产，对飞机飞行中疲劳裂纹进行声发射监测等等三、声发射仪器的发展历程大致来说，声发射仪器经历了四个阶段的发展，也可认为前面经历了四代声发射仪。第一阶段，1965年，美国Dunegan推出了第一台商业化的声发射仪，一直到1983年基本都是纯模拟技术实现的声发射仪，也是第一代声发射仪，信号带宽100kHz-1MHz；第二代声发射仪，1983~1994年，美国PAC的SPARTAN-AT开始引入微处理器，并将声发射系统模块化，部分数字化，信号带宽提高到100kHz~1.2MHz；第三代声发射仪，1994~2003年，美国DW、美国PAC和德国Vallen将声发射仪全面数字化，声发射传感器接收到的信号经过放大器放大之后直接经AD变换器专为数字信号，然后用数字电路硬件提取特征参数，并按照PDT、HDT、HLT等时间常数来提取声发射波形，信号带宽拓宽到1kHz~2MHz；第四代声发射仪，2003~2015年，美国PAC将18bit的高速ADC引入PCI总线声发射卡，开启了18bit的高精度采集，除了特征参数和波形外，还启用了包含全部原始信息的波形流功能。在此期间，USB接口的声发射仪也开始出现，并逐步从USB2.0发展到USB3.0，总线传输速度也从40MB提高到400MB，信号带宽提高到1kHz~3MHz；虽然第四代声发射仪拥有了18bit高采样精度以及高采样率，但由于PCI或USB总线的带宽限制，只能传输声发射特征参数和根据PDT、HDT和HLT提取的有限的声发射波形，大部分的原始波形流数据都只能丢失而无法上传到计算机。或者是以有限的带宽来传输部分波形流，譬如单块PCI卡的总采样率不超过10M时可以传输波形流。而声发射研究的信号频率逐渐提高（日本富士公司甚至推出了10MHz频率的声发射传感器REF10M），使得采样率也逐步提高，而且传统的特征参数和声发射特征波形的分析方法无法满足用户日益增长的研究需求，因此提高声发射卡的带宽迫在眉睫。于是鹏翔科技从2009年开始封闭式研发，并在2015年底推出了PCIE总线的声发射卡，单卡8通道，每通道18bit30M采样，频率带宽高达1kHz~5MHz，且采用PCIE x8倍速传输，板卡传输带宽高达2.6GB/s，第四代声发射仪存在的传输瓶颈得到解决。除了声发射特征参数和波形的硬件实时提取之外，波形流功能也得以不受带宽限制的全速采集和实时传输。同时，适合分布式检测的千兆网接口的网络声发射仪开始出现，并将逐步向万兆光纤传输发展，实现远距离的分布式声发射检测。同时声发射仪器的信号带宽提高到1kHz~5MHz，这也意味着第五代的声发射仪开始大量投入市场应用并逐渐得以普及。每块PXDAQ18373E拥有8个独立的高速同步采集通道，在普通计算机或工控机上即可实现8~56通道的声发射仪。如配合16槽的PCIE机箱，可实现单机128通道的声发射信号采集分析。另外，每块声发射卡还可同步采集10路外参数，多卡可累加使用。 PXDAQ18373E声发射卡采用了高集成、高密度的12层PCB结构，具有18位的高精度，每块卡8个通道，每通道高达30M的采样率，并且采用了PCIE2.0 x8总线的DMA传输，数据带宽达到了惊人的2.6GB/s，是迄今为止数据传输性能极为强大的声发射卡。由于其具有高性能、低噪声和高速度等特点，是适合大学、研究所和高端检测机构应用的声发射采集卡。由于采用了Xilinx公司的KINTEX-7高性能FPGA，PXDAQ18373E声发射卡能硬件实时提取22种声发射特征参数，分别是：幅度、能量、振铃计数、持续时间、信号均方根值、平均信号电平、电压阀值、上升时间、峰值计数、平均频率、反算频率、初始频率、信号强度、绝对频率、局部功率谱、质心频率、峰值频率、绝对能量、到达时间、循环计数、阻尼、模态。 PXDAQ18373E除了实时提取特征参数和根据PDT、HDT和HLT时间常数来提取声发射波形外，还可以所有通道全速采集并实时传输原始的波形流文件。这是迄今为止其他声发射产品所无法实现的。由于规模化经营和批量化生产，鹏翔科技是国内为数不多的满足ISO9001质量标准的声发射技术公司。PXDAQ18373E声发射卡为高集成、高密度、多层（12层）PC卡，板卡的设计、自动贴片、回流焊、组装、检测等所有工作都由本公司独立完成。下图为生产这种卡的表面贴装技术（SMT）生产线和可靠性测试的部分设备。不同于并行的PCI总线，PCI Express插槽利用了串行点对点的连接。每个数据链路（Lane）可实现500 MB/s的传输速度。PXDAQ18373E采用基于x8通道的PCI Express 2.0技术，其明显的优势就是每个独立的板卡上，每槽的直接连接都可以支持最大的传输带宽。PXDAQ18373E声发射卡可以使用在2.0和3.0标准的PCI Express插槽中，如x8或x16。 PAW声发射工作站共有9个系列，其中采用PAW7工作站可实现单机80通道，采用PAW8可实现单机128通道，采用PAW9最多可实现单机768通道（使用6台16槽PCIE扩展坞）。 ` 0
2017-12-15 16:08:32　　评论淘帖0 举报相关推荐 • [原创]PXDAQ18402声发射卡 3239 • 什么是声发射？ 1474 • 用声发射和超声-声发射监控老化结构 16 • 声发射 1005 • 什么是声发射 1822 • 声发射软件 7036 • 声发射检测技术 3629 • 声发射波的探测 7 • 浅谈声发射技术 1181 • 什么是声发射监测？ 843 3 个讨论