复合材料声发射信号传播特性试验研究

为了获取直升机动部件疲劳损伤声发射信号的传播特性,搭建了声发射数据采集系统,对直升机动部件常用碳纤维材料试件和蜂窝材料试件进行了传播特性断铅试验,利用谐波小波包分析了声发射信号在各个频带上的衰减特性,克服了传统小波包分析能量泄露、频带选取不灵活、不同层频率分辨率不同的缺点.研究结果表明对于所研究两种试件,100 ～ 200 kHz频带的衰减特性与原始信号基本一致,可以代替原始信号进行定位和损伤识别研究,频率越高,衰减越快,衰减较大的无损检测场合,适合选择较低频率范围提取信号特征,对于所研究碳纤维材料试件,200 mm之后声发射信号衰减特性偏离理想衰减特性很大,限制了传统声发射源定位方法的应用.     

小波包在声发射信号特征提取中的应用

在分析典型声发射（AE）信号特征的基础上,根据机械故障或损伤引发的AE信号的特征提取原理,首次提出AE信号的小波包特征提取分析法。该方法利用小波包将信号按任意时频分辨率分解到不同频段的特点,可从AE信号中提取和重构出所需的特定时频段（点）上的特征信号,解决了不能从噪声大、频带宽和数据量大的实测AE信号中有效提取特征信号的难题。介绍了该方法的具体算法,并通过仿真研究了该方法在强噪声背景下提取特征信号的能力;将其用于声发射检测的滚动轴承损伤类型及部件的识别,诊断结果十分清晰、可靠和精确。仿真和实验研究均表明了AE信号的小波包特征提取分析法能有效应用于基于声发射技术的状态监测和故障诊断。     

一种新型的声发射检测系统

一种用于状态监测和故障诊断的新型声发射传感器已经研制成功。它基于全光纤法布里－珀罗干涉仪原理。其分辨率高达埃级，频率范围为１００ｋＨｚ到１．４ＭＨｚ。由于信号光束和参考光束在一根光纤中通过，所以消除了温度变化，微弯效应以及电磁干扰等环境影响，并具有很高的测量稳定性。     

含缺陷纤维复合材料热老化后变形与损伤破坏声发射行为

不同时间影响下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的热老化效应亟待研究。本文采用声发射(AE)与数字图像相关技术(DIC)相结合的互补无损检测技术,分别对热老化0、4、8、16天后三点弯曲试样的损伤过程进行实时监测,并进一步分析预制缺陷对热老化后复合材料的纤维与基体界面间性能的影响。对AE信号进行k-means聚类分析同时通过DIC进行全局应变场测量,表征了预制缺陷和热老化时间对GFRP力学行为和变形损伤机理的影响。结果表明：声发射信号可以对各类损伤进行分类,通过分析脱粘信号发现,在层合板内部交联时,脱粘信号减少且分布在失效载荷后;随着热老化进展至水分挥发阶段,脱粘信号增多并均匀分布在断裂前期与后期。对于预制纤维断裂的层合板,交联现象会使层合板加载过程中纤维断裂信号数量减少且幅度降低,最大应变值减小,有效地提升了层合板承载能力。声发射聚类分析和数字图像相关技术结合可以较好地描述不同热老化条件下GFRP的损伤演化过程,有助于进一步揭示缺陷和热老化时间对GFRP内部损伤机理的影响规律。     

悬式绝缘子污秽放电声发射试验研究与分析

为了获取悬式绝缘子污秽放电强度与声发射信号强度之间的关系,系统研究了不同材质悬式绝缘子污秽放电声发射现象。介绍了绝缘子污秽放电声发射监测原理、声信号监测装置以及污秽试验方法,进行了多组悬式绝缘子的污秽放电声发射试验。试验和分析结果表明:整个绝缘子污秽放电过程中,即从放电起始、发展、强烈至闪络,放电强度与声发射信号之间存在着对应关系;且污秽放电过程可粗略的划分为几个阶段,各个阶段各有不同的典型放电现象,均与一定的声发射信号相对应。并在大量污秽试验基础上,总结绝缘子污秽放电声发射波的共有特征。     

Development of trouble diagnosis technology of 50‐W‐grade micro wind turbine generator

The establishment of an early trouble diagnosis system is needed in order to prevent damage to wind turbine generators. Therefore, acoustic emission (AE) signals resulting from damage to a wind blade were detected with an AE sensor installed on the body of the wind turbine generator and on the mounting pole. In this study, the length of a blade of a micro wind turbine generator was varied to simulate trouble at constant wind velocity. The AE signals which occurred at this time were measured with an AE sensor. The signal was processed by FFT analysis, and the change of spectral strength was examined. A trouble diagnosis technology for 50‐W‐grade micro wind turbines generator was then developed. A method of counting the number of occurrences of above‐threshold AE signals was suggested by the wave pattern of the AE signals. It was found that the number of occurrences could be used as a standard to judge the normality or abnormality of 50‐W‐grade micro wind turbine generators. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 174(1): 33–39, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21017     

离散分数余弦变换在碰摩声发射信号降噪中的应用

声发射信号经常淹没在各种复杂的非平稳噪声中,使得对有用的声发射的识别非常困难,因此,在声发射识别时进行信号增强成为诸多研究者的关注热点。离散余弦变换是声信号增强的有效方法。基于态函数,给出了分数余弦变换的新定义,提出三周期离散分数余弦变换方法,介绍了基于三周期离散分数余弦变换的声发射信号增强算法和改进算法的推导过程。实验数据为在转子实验台上采集的碰摩声发射信号,通过在该信号上叠加高斯白噪声和非平稳噪声来获得模拟的严重噪声污染的声发射信号,然后用增强算法及改进算法对该信号进行降噪处理和声发射信号识别。实验结果表明：两种算法对多种非平稳噪声环境下的碰摩声发射信号均能取得较好的降噪效果,且优于离散余弦变换,是声发射信号识别的有效途径。     

A novel acoustic method of partial discharge allocation considering structure-borne waves

For partial discharge, PD, allocating utilizing acoustic emission, AE, sensors, the arrival time of acoustic waves to the sensors forms the calculation basics, therefore, it is crucial that distance calculations are based on direct acoustic path. Considering structure-borne waves of higher speed, this would imply an incorrect distance between the source and sensor, because, AE signals of indirect path me be considered as AE signals of direct path. Therefore, a heuristic algorithm has been developed to consider the possible indirect paths. By comparing the time taken in each path of propagation, to reach the specified sensor location, the indirect path of shortest time for AE signal is determined. For experimental verification, a test oil chamber has been fabricated. PD signals are generated at different points inside the tank. The estimation results of algorithm have been compared with results of classic Time Difference of Arrivals method, TDOA. The proposed method considerably increases the PD allocation precision.     

电磁声发射信号的压缩与重构处理

电磁声发射是一种新型的无损检测技术,其通过对金属构件进行电磁加载,在缺陷处产生声发射信号,根据信号特征对金属构件进行缺陷检测。针对该技术在测定缺陷位置和类型时连续多次加载而产生的大量数据问题,引入信号的压缩感知理论,基于正交匹配追踪算法分别对两种不同类型的声发射信号和电磁声发射信号进行压缩重构,选取不同的测量值,研究其对信号重构效率的影响,从波形和频谱两方面分析重构效果。实验结果表明:压缩感知理论能够达到压缩电磁声发射信号的目的,并且测量值和重构误差之间呈指数衰减关系,与重构时间呈线性增长关系,综合考虑压缩重构的各方面因素,当测量值取8~10倍的信号稀疏度时,电磁声发射信号能够获得较高的重构效率。     

绝缘子表面放电的多物理信号比值演化特征及其诊断方法研究

为了探索局部放电声、光、电信号特征及演化规律,并利用多物理测量手段进行局部放电诊断,本文基于电流脉冲、地电波、超声及光学测量建立了局部放电多物理同步检测试验平台,并以强、弱垂直分量绝缘子沿面放电为例,通过试验研究了其局部放电多物理信号强度比值的演化特征。在此基础上,建立了一种三角比值空间分析方法,得到了各物理信号随电晕时间的演化特征。结果表明:虽然不同模式放电的三角比值散点分布区域不同,但其超声分量均随时间的推移呈现"U"型的演化路径,其演化速度和演化轨迹在放电初期、电晕稳定期和临近击穿期呈现出较大的差异,可作为局部放电危险程度的评判依据。     

基于DDS技术的电磁声发射涡流加载电源

电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,通过对导电部件进行电磁加载产生洛仑兹力,进而激发声发射效应,并通过这个效应来进行无损检测。传统的电磁声发射技术使用电极直接加载的方式引入电磁激励,存在激励电流过高、加载不方便等缺点。本文使用电磁线圈引入电磁激励,利用电磁线圈激发的瞬时电磁场加载在缺陷处,激发缺陷自身产生声发射信号,以提高对金属薄板中微细缺陷的检测能力。针对电磁声发射技术要求电源的输出功率较大、输出脉冲数可以调整并且电路的输出频率变化较大的特点,本文设计了一种基于直接数字频率合成技术的新型涡流激励电源。该电源主要包括信号产生、功率放大、串联谐振三部分,其中控制电路为核心部分。实验结果证明,该系统工作稳定,参数调节方便,能够满足电磁声发射检测对激励源提出的要求。     

电磁声发射检测技术的涡流激励方法

本文使用电磁声发射的有限元分析模型,深入分析了缺陷顶点的形变随激励电流的变化规律,论证了涡流激励声发射的可行性,并引入断裂力学对缺陷处形变的性质进行了分析。进行了基于涡流加载的电磁声发射实验,采集到了来自不同激励电流下缺陷的电磁声发射信号,实现了对裂纹的定位,得到了声发射信号的波形特征,验证了有限元分析模型的正确性,这为使用有限元方法直接计算和分析电磁声发射信号的幅频特性提供了坚实的理论和实验基础。     

污秽绝缘子放电声发射信号的实验研究

污闪威胁到电力系统的安全运行。文章根据污秽放电伴随的超声信号，提出用声发射信号来反映绝缘子的污闪过程。进行了大量污秽试验，采集了绝缘子污秽放电时的声发射信号波形。分析结果表明声发射信号可以反映绝缘子污秽放电的强弱，因而可以实现绝缘子的污闪监测。     

基于声发射技术的绝缘子污秽放电监测

在绝缘子污秽放电存在声发射现象的基础上,提出了一种基于声发射技术监测绝缘子污秽放电的方法,并研制出绝缘子污秽放电监测装置。进行了大量污秽试验,试验结果表明．随着绝缘子污秽放电强度的加强,放电产生的声波信号也随之加强,信号脉冲的幅值增大,脉冲出现的频率也增大。绝缘子污秽放电产生的声波信号可以真实反映绝缘子污秽放电过程．通过监测声波信号可以判断放电的发展趋势及对电力系统的危害性。     

Detection of electric treeing of solid dielectrics with the method of acoustic emission

The paper presents results of research of electrical treeing of solid dielectrics with the method of acoustic emission (AE). The study was performed with an alternating voltage of 50 Hz in the range up to 21 kV (RMS) on methyl polymethacrylate or crosslinked polyethylene samples. They were of cuboidal shape of the dimensions 25 × 10 × 4 mm. One of the cuboid sample walls of the dimensions 25 × 4 mm was covered with a conducting paint. On the opposite wall, a surgical needle of T-25 type was screwed. The distance between the electrodes (the needle and the wall covered with a conducting paint) was in the range 0.5–2.0 mm. Registered signals were denoised with wavelet transformation method and then there were analyzed. The following parameters were analyzed: a sum and rate of acoustic emission counting, a sum and rate of acoustic emission events, RMS value of the electric signal leaving the converter. Spectrum and spectrogram were also analyzed. It was found that AE signals are generated during electrical treeing of solid dielectrics. Values of chosen parameters increased their values when the process begins. There are also some dominant frequencies ranges, different for different kinds of dielectrics, connected with the treeing.     

岩石-混凝土界面I-II型断裂及声发射特征

通过对岩石-混凝土复合试件进行三点弯曲和四点剪切断裂试验,研究了界面I-II复合型断裂力学行为及声发射特征。结果表明：（1）岩石-混凝土界面裂纹主要有三种破坏模式。模态比越高,界面粗糙度越大,界面裂缝出现非界面扩展复杂模式的可能性越大。（2）利用声发射特征参量的突变能够有效判断起裂和失稳临界状态,利用平均频率（AF）、上升时间与幅值之比（RA）两参数比值可量化分析断裂过程的拉剪破裂机制,利用AE事件聚积的方向可预测界面裂缝的扩展方向,从而揭示界面断裂损伤演化规律。（3）试件失稳破坏前夕,声发射信号主频变化明显,低幅低频信号大量剧增且突现不少低幅高频信号,主频有由离散发展为连续的趋势。高模态比时,主频分布的范围相对较大。     

基于声发射技术的水轮机转轮叶片裂纹检测

实验结果表明,与振动检测方法相比声发射检测更容易检测到初期的转轮叶片裂纹故目前水轮发电机组中的转轮叶片裂纹故障仍广泛采用振动监测方法进行间接测量,通过振动频谱中转频的倍频成分进行故障判断,但这种方法并不十分有效。介绍了声发射技术用于检测水轮机转轮叶片裂纹的可行性。分析水轮机不同运行工况叶片裂纹声发射信号与轮叶片裂纹发展过程的关系,同时将测得的声发射信号与同期的振动信号进行比障     

500 kV增城变电站变压器局部放电的声发射检测

介绍了运用声发射(AE)检测技术进行变压器局部放电(PD)检测的工作原理和基本方法,以及美国物理声学公司(PAC)声发射检测系统的特点。以增城变电站2台大型变压器的局部放电声发射检测试验为实例,介绍了变压器局部放电声发射检测的试验步骤和试验方法,并分析了试验数据,检测结果表明,AE检测结果与油色谱分析及常规高压PD试验的结果基本吻合,且能够对PD源进行区域定位和三维定位,声发射检测系统可有效应用于大型变压器PD的实时在线带电检测。     

低温余热发电技术的技术特点和发展趋势探讨

余热发电技术对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。文章介绍了低温余热发电的技术原理和特点,重点讨论了低温余热发电系统的组成、布置,分析了余热发电主要设备（余热锅炉、汽轮机、除氧器）设计要点和现状,以及低温余热发电的发展趋势,     

变压器特高频、超声波侵入式PD联合检测技术

最新颁布的IEC TS 62478-2016《高电压技术-电磁和声学法测量局部放电》国际标准,指出了现有的外置式超声波法测量PD主要存在:设备外壳对声波的衰减和不同介质声阻抗引起的传输多路径问题。笔者基于变压器放油阀结构,将特高频(UHF)天线和压电陶瓷声发射(AE)传感器进行一体化设计,再考虑电磁波和超声波信号耦合、防变压器油渗漏两个主要问题的基础上,加工研制了能够同时耦合UHF、AE信号的侵入式PD复合传感器。110 kV变压器内置尖端放电下与外置式压电陶瓷AE传感器的对比试验表明:所设计的UHF、AE侵入式PD复合传感器能够有效探测到油中微弱放电产生的具有特定时间差Δt的电磁波和超声波信号,这为变压器PD检测提供了一种全新的"声-电"即UHF、AE联合检测技术。