聲發(fā)射信號(hào)處理和分析技術(shù)
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時(shí)間：2013-11-27
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如前所述，聲發(fā)射檢測(cè)和聲發(fā)射信號(hào)處理的目的是獲得有關(guān)聲發(fā)射源的信息，包括損傷位置、損傷程度和剩余壽命等。人們對(duì)AE的認(rèn)識(shí)隨理論研究的發(fā)展而加深，另一方面，AE作為實(shí)用診斷技術(shù)，每前進(jìn)一步都是同信號(hào)處理技術(shù)和測(cè)試儀器的發(fā)展分不開(kāi)的。可以毫不夸張地說(shuō)，一部AE技術(shù)的發(fā)展史也就是AE信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展史。
在研究AE信號(hào)的處理技術(shù)之前，先闡述一下AE技術(shù)發(fā)展史上的兩個(gè)重要的事件，因?yàn)樗鼈兌紝?duì)AE信號(hào)的處理技術(shù)和AE技術(shù)的發(fā)展起了重要作用。第一是德國(guó)人凱撒（J Kaiser）觀察到的Kaiser效應(yīng)。20世紀(jì)50年代初，凱撒研究了多晶金屬材料如鋅、銅、鋁和鉛等的聲發(fā)射特征，發(fā)現(xiàn)在加載時(shí)，這些材料都產(chǎn)生了聲發(fā)射，且是不可逆的。AE現(xiàn)象僅在第一次加載時(shí)產(chǎn)生，第二次加載及以后各次加載所產(chǎn)生的AE信號(hào)變得微不足道，除非后面所加外應(yīng)力超過(guò)前面各次加載的最大值。這一現(xiàn)象后來(lái)又在多種金屬材料實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，并被命名為凱撒效應(yīng)。這一效應(yīng)在AE信號(hào)處理方面得到廣泛應(yīng)用，成為克服噪聲干擾的主要手段之一，因而也成為用AE技術(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)完好性的依據(jù)。例如，在加載實(shí)驗(yàn)時(shí)，可先在小應(yīng)力下進(jìn)行幾次循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)以克服實(shí)驗(yàn)機(jī)夾具和試件之間摩擦噪聲的影響，然后再進(jìn)行正式加載試驗(yàn)。如試件完好無(wú)損，則在加載循環(huán)中不應(yīng)得到明顯的AE信號(hào)，反之，任何突然增大的AE信號(hào)都極有可能是該試件發(fā)生疲勞或內(nèi)部有斷裂的預(yù)兆。這種利用不可逆效應(yīng)降噪和獲取有用信息的方法為AE技術(shù)所獨(dú)有。
同AE信號(hào)處理技術(shù)直接有關(guān)的另一重要事件是，20世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者Dunegan提出，可把觀察和記錄AE信號(hào)的頻率移至超聲段（＞20kHz）以降低外界干擾噪聲的影響。在此之前，人們?yōu)榱擞^察和記錄聲發(fā)射信號(hào)的變化，實(shí)驗(yàn)不得不在夜深人靜的時(shí)候進(jìn)行，并經(jīng)常事倍功半甚至半途而廢，聲發(fā)射試驗(yàn)工作之苦可見(jiàn)一斑。由于觀察頻率的這一“簡(jiǎn)單移動(dòng)”極大的克服了環(huán)境干擾噪聲的影響，它所帶來(lái)的是AE理論和應(yīng)用研究的革命性進(jìn)展。
2.1 干擾噪聲
雖然各種檢測(cè)方法都面臨干擾噪聲問(wèn)題，但由于聲發(fā)射是以被動(dòng)檢測(cè)的方式用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，它所面臨的噪聲干擾問(wèn)題就特別嚴(yán)重，甚至是其它方法無(wú)法比擬的。在許多情況下，如利用AE進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展監(jiān)測(cè)、運(yùn)行設(shè)備狀況監(jiān)測(cè)以及對(duì)行駛中的汽車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視時(shí)，外部干擾噪聲都可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人們感興趣的AE信號(hào)。AE檢測(cè)面臨的干擾噪聲主要有下面幾種：
2.1.1 電器干擾噪聲
（1）前置放大器輸入端的白噪聲 這是一種自然的不可避免的噪聲，確定了系統(tǒng)靈敏度的最終極限。使用設(shè)計(jì)良好的前置放大器，該噪聲可以很小并接近理論極限。
（2）AE系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的噪聲 目前所用的結(jié)構(gòu)緊湊型計(jì)算機(jī)化的聲發(fā)射儀器一般都是陰極射線(xiàn)管（CRT）顯示屏幕和磁盤(pán)系統(tǒng)，各部件間很容易產(chǎn)生“拾取”噪聲。在一個(gè)設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)內(nèi)，這一噪聲應(yīng)當(dāng)很低并在極限之內(nèi)。
（3）接地回路噪聲 這是由系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的不恰當(dāng)接地引起的。為避免這一噪聲，聲發(fā)射換能器的電氣連接必須與結(jié)構(gòu)絕緣。
（4）電磁煩擾信號(hào) 一般由電源開(kāi)關(guān)或其它臨近電磁設(shè)備引起。必要時(shí)，設(shè)備應(yīng)加上電磁屏蔽。
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