无须测量声速的声发射源定位方法研究

为消除声速测量偏差给声发射系统带来的定位误差，本文提出一种多探头定位方法。从理论上导出了该方法的线定位和平面定位计算公式，并用AE21C型四通道声发射仪在碳钢管道和平板上以铅笔芯折断产生信号为模拟源进行了实验验证，结果表明用这种新的方法具有较高的定位精度，且定位时只要利用原系统的门槛跨越技术测量各探头接收到信号的时差即可，不必测量传声媒质的声速。     

箱形结构焊缝声发射源定位技术

研究了声波在典型箱形结构中的传播特点,比较了2种布置方式下的线性定位方法,分析了其在焊缝声源定位时的误差,讨论了基于平面定位法的箱形结构声源定位。试验结果表明,箱形结构的准确定位影响因素很多,需要将平面定位方法与线性定位方法等结合起来去实现焊缝处裂纹的定位。     

焊缝结构形式与声发射源定位关系的研究

通过比较图１所示的球形容器和柱形容器声发射源定位结果，球形容器声发射源定位精度低于柱形容器。本文就其原因进行了讨论并得出四点结论。     

基于信息熵的轧辊裂纹声发射三维定位方法

在平整机的轧制过程中,轧辊表面承受巨大的接触应力、交变应力和摩擦力作用,易产生裂纹。在复杂载荷的作用下,裂纹会成为疲劳核心,其尖端的应力急剧增加并导致裂纹扩展,严重时会造成断辊事故发生。同时,裂纹的不断扩展伴随着应力波的释放,产生声发射(Acoustic emission,AE)现象。利用声发射技术对平整机轧辊裂纹进行定位,不需要全辊身进行逐点扫描,检测效率高,实时性好。针对平整机轧辊的声发射三维定位中存在的定位多源性干扰问题,提出基于信息熵的轧辊裂纹声发射三维定位方法。利用信息熵对声发射参数进行权重的量化,进而获得评价轧辊状态的综合指标;根据正常辊综合指标的分布,确定干扰源的指标范围;利用此范围将裂纹辊中的干扰源有效剔除,进而提高裂纹辊的定位精度。利用该方法对某钢厂冷轧平整机的正常辊和裂纹辊的试验数据进行分析,处理前后的结果验证了方法的有效性,为准确及时地检测出裂纹的位置信息、保证轧辊的安全生产提供有力的数据支持。     

基于小波分析的声发射源定位技术

声发射全波形采集技术为基于波形分析的声源定位方法提供了可能。在板状构件中声波的传播模式较为复杂,且不同模式的波到达时间和波速均不相同,从而带来了声源定位误差。将时频幅度分析方法引入声发射源定位技术：从接收到的信号中提取出某一频率的柔性波随时间变化的规律,在理论分析的基础上证明,这个分离信号的最大幅值点所对应的时间就是该频率柔性波群速度的到达时间。根据这个到达时间,以及实际测量出的群速度就可以实现声发射源更精确的定位,试验结果也证明了这种方法的可靠性。     

岩体损伤破坏过程三维定位声发射试验分析

岩石类材料的破坏是一种能量累积损伤过程,在力学上是宏观缺陷产生与扩展的累积过程。对完整岩石先进行了单轴压缩试验,在压缩试验的同时,使用声发射试验仪器记录下岩样的声发射参数。试验测试了不同岩性试样的损伤破坏过程,试验结果表明,岩石的应力和声发射变化率之间的关系具有三个阶段:不明显变化阶段、明显变化阶段、破坏前阶段。与此相对应,岩石声发射事件数和加载时间也具有三个阶段:声发射事件缓慢增长阶段、声发射事件稳定增长阶段、声发射事件高速增长阶段。在不同尺寸岩石的声发射试验中,发现不同尺寸对岩样的破坏形态影响不明显。尺寸较小的岩样进入声发射事件明显变化阶段的时间比尺寸较大的岩样早。     

气体管道泄漏模态声发射时频定位方法

针对声发射信号频散特性导致基于时延估计的气体管道泄漏定位误差大的问题,提出一种基于模态声发射时频分析的泄漏定位方法。该方法采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两泄漏信号的互相关函数进行时频分析,利用互相关函数的时频谱可同时提取泄漏信号的时间延迟和与之对应的频率;然后根据泄漏声发射信号的主导模态的频散曲线即可确定该频率对应的声速,利用实时确定的声速和时间延迟并根据两传感器之间的距离即可确定泄漏点的位置。实验结果表明,采用时频分析的气体管道泄漏定位误差与互相关相比减少了6倍。所提出的模态声发射时频定位方法能有效抑制泄漏信号的频散,提高泄漏信号的相关性,从而更适合用于声发射管道泄漏定位。     

基于声发射定位算法的故障检测技术研究

高精度的声发射源定位能够帮助工程人员快速定位故障或异常发生的位置,可用于对大型设备进行结构可靠性监测和检测。为了提高声发射源定位的精度,提出一种融合了Geiger定位方法、同伦算法及牛顿梯度方法的源定位算法。采用Geiger迭代定位方法实现对源定位信息的迭代更新,并将更新信息的求解转变为对不适定问题的求解。同伦算法和牛顿梯度方法的结合,避免了常规不适定问题求解方法中耗时的矩阵求逆,优化了求解过程。实验结果表明,所提方法优于常规定位算法,可实现对声发射源位置信息的高精度求解。     

基于AIC信息准则的Delta T声发射源定位方法

疲劳断裂是金属结构中的主要失效形式,而金属结构中的早期疲劳断裂信号通常难以检测。TOA方法是常用的声发射定位源方法,但是声波传播过程中波速变换和路径的复杂性对其结果影响很大。运用Delta T声发射源定位方法,用断铅实验模拟声发射源,用AIC信息准则对到达时间进行优化,通过使用差值求源点坐标和图像处理的方法,求得声发射源坐标。通过在平板上的实验,比较两种源定位方法在不同结构中的定位结果,分析定位误差,结果表明图像处理方法更为优秀。     

压力容器上声发射源的新型定位方法

压力容器裂纹扩展时产生的弹性波在传播时声压遵从指数衰减规律,本文提出一种利用声衰减对声发射源进行源定位的新方法。用AE21C型声发射仪对自制的小型高分子合成纤维材料容器以铅笔芯折断产生信号为模拟源进行了实验测量,证明这种新的源定位方法可行,并具有无须测量传播介质衰减特性、无须测量声速等优点。     

管道导波时反聚焦检测系统的设计与实现

在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上,设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列,并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间-空间聚焦的时反聚焦检测系统.该系统实现的关键技术为:改进DDS( direct digital synthesis)结构,实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射;采用脉冲方式,实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路;通过时反聚焦检测过程,实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间-空间聚焦.采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验,其结果表明,对于所用的含缺陷的管道而言,在特定的检测条件下,缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246％,并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性,提高了回波信号的信噪比.     

A novel measurement method for transient detection based in wavelets entropy and the spectral kurtosis: An application to vibrations and acoustic emission signals from termite activity

This paper presents a novel non-destructive method for termite detection that uses the entropy of the continuous wavelet transform of the acoustic emission signals as an uncertainty measurement, to achieve selective frequency separation in complex impulsive-like noisy scenarios, with the aid of the spectral kurtosis as a validating tool. The goal consists of detecting relevant frequencies, by looking up the minima in the curve associated to the entropy of the difference between the raw data and the wavelet-based reconstructed version. By measuring the signal’s uncertainty, the scales corresponding to the entropy minima, or pseudo-frequencies, manage to target three main types of emissions generated by termites: the modulating components (enveloping curve), the carrier signals (activity, feeding and excavating), and the communicating impulses bursts (alarms). The spectral kurtosis corroborates the location of the entropy minima (optimum uncertainty) matching them to its maxima, associated to frequencies with the highest amplitude variability, and consequently minimizing the measurement uncertainty. The method is primarily conceived to cover the acoustic-range, in order to acquire signals via standard sound cards; a broaden high-frequency study is developed for the assessment, and with the added value of discovering new and higher frequency components of the species emissions. The potential of the method makes it useful for myriads of applications in the frame of nondestructive transient detection.     

圆弧形砂轮精密修整及其声发射在线监测技术

针对球面、非球面及自由曲面超精密磨削加工用圆弧形金刚石砂轮难以精密修整的问题,提出基于旋转绿碳化硅（GC）磨棒的端部在位精密修整方法及修整过程的声发射在线监测技术。基于圆弧形金刚石砂轮的结构特性,制订圆弧形金刚石砂轮的在位精密修整与修整过程的声发射在线监测技术方案。依据修整与在线监测方案,对D64圆弧形金刚石砂轮进行修整实验及其声发射信号采集,修整后跳动误差小于10μm,比修整前减小30μm左右,砂轮精度显著提高。利用声发射信号均方根值获取砂轮修整结束的特征预警阈值,实现了旋转GC磨棒端部在位精密修整过程的在线监测以及修整结束时间的准确判断,可以有效提高球面非球面磨削加工过程的效率。