聲發射信號處理和分析技術
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摘 要：介紹聲發射技術發展簡況、聲發射信號處理面臨的困難及目前所用的各種處理和分析方法。還介紹了聲發射儀器的發展概況。
關鍵詞：聲發射檢驗；信號處理；分析；聲發射儀器
聲發射（AE）可以定義為物體或材料內部迅速釋放能量而產生瞬態彈性波的一種物理現象，而AE信號則表示一個或多個AE事件經傳感器接受并經系統處理后以某種形式出現的電信號。當材料遇到“麻煩”時，它們會“講話”，我們可以利用聲發射設備來“聽”諸如裂紋擴展、纖維斷裂以及材料其他形式損傷所發出的“聲音”。AE相應的彈性波并不僅局限于可聽聲域，在絕大多數情況下，其有效頻譜范圍可伸展到數兆赫甚至數十兆赫頻段。所以嚴格地講，聲發射應當被稱為應力波發射，但由于歷史的原因，人們已習慣于將其稱為聲發射。AE的原機制是各種各樣的，如固體內裂紋的形成和擴展（裂紋的傳播）、塑性形變、晶體內位錯的移動和位錯在釘扎點上的分離、孿晶邊界的移動、復合材料內基體或夾雜物的破裂、分層或纖維的斷裂以及物質結構的變化（包括相變）等。不同的源機制對應不同的發射聲波，因而也對應不同的AE信號。盡管引起聲發射的外部原因是多種多樣的，但其共同點都是由于外部條件的變化（應力、溫度和電磁場等），引起物體或結構某一局部或某些部分變得不穩定并迅速釋放出能量。AE是正在擴展的材料缺陷（裂紋）的指示器，沒有擴展，裂紋或材料的缺陷處于靜止狀態，就沒有能量的重新分配，也就沒有聲發射。換句話說，只有當物體受到了永久性形變或永久性損傷時才會產生聲發射。正因為這樣，AE技術是檢測材料損傷，特別是早期損傷的有利工具，也是對材料或結構狀態進行動態監測的重要方法。與此相適應，聲發射信號處理的主要任務則應當包括AE源識別、AE源定位和損傷評價等內容。
1 聲發射信號及信號處理的困難所在
與其它無損檢測方法不同的是，AE信號處理技術面臨的最大難題，或最大困惑首先是AE源的多樣性、信號本身的突發性和不確定性。在進行超聲或渦流檢測時，人們可準確知道注入被檢材料中信號的特征（幅度、頻率和波形等），并由此可知接收信號的相應特征或相當發生的變化。而對于AE檢測技術而言，情況卻完全不同。不同的AE源機制可以產生完全不同的AE信號，而人們對AE源機制的認識總是受到很多條件的限制。因此，說極端一點，檢測人員有時幾乎不知道真正的AE信號究竟應是什么樣子。其次，AE信號傳輸途徑的影響也是一個完全不容忽視的因素，但問題在于，傳輸途徑又與AE源位置、被檢對象性質（材質、形狀和幾何尺寸）、聲耦合劑特征以及接收傳感器位置等諸多因素有關。圖1可以說明這一問題。
聲源S(t) 輸出信號F(t)
由圖1可見，AE傳感器所獲得的信號至少是聲源、傳輸介質、耦合介質和換能器響應等因素的綜合結果，在數學上可表示為
F（t）= S（t）* M（t）* C（t）* R（t）
式中 S（t）——聲源的時域函數
M（t）——傳輸介質的脈沖響應函數（格林函數）
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