声发射源定位的测试方法

    0　引言

    声发射,顾名思义就是物体发出声音的意思,它是一种常见的物理现象.例如,用力弯曲一根细竹棍儿,开始时听不到声音,随着施力的增加,就会听到噼噼啪啪的声音,这个回声就是声发射.如果再继续增加弯曲力,就会使竹棍儿在某处断裂,这个断裂处就是声发射源.这是我们亲眼所见、亲耳听到的现象.如果给一个大型构件施加压力,使其内部某处产生裂纹,而且发出声波.但是,人的眼睛看不到裂纹处,人的耳朵听不到裂纹声,这就要借助高灵敏度的声发射测试仪器去检测.

    声发射检测法依据的基本原理,就是给检测对象施加压力或其它外部条件(如温度等),使检测对象中的缺陷或潜在缺陷自动发声,根据接收到来自缺陷的应力波推测缺陷的位置和大小.声发射技术的发展十分重视声发射源的研究,发展声发射源定位的技术和评价被测物体缺陷的有害度.源定位就是利用声发射信号的特点找出缺陷所在的位置,这是声发射检测的重要内容.为此,我们研制了双通道、四通道声发射信息分析测试系统,本文就其中源定位功能做以介绍.

    1　声发射源的测定

    确定声源的位置就要使用多通道声发射仪,每个传感器对应一个通道,传感器的任务就是把声波信号转换成电信号.利用两个以上的通道,将传感器按一定方式配置构成阵列,利用声源发出的声波到达几个传感器的时间差确定声发射源的位置.

    下面利用两个传感器组成线阵列,测定两传感连线范围内的物体缺陷所在的位置,如图1中的(a)所示.在一个棒状物体两端B、C两点上各放置一个传感器T1、T2,它们的距离为S,当此棒受力时,棒上A点在时刻t0发出声发射波,此波以速度V沿棒向B、C两点传播,因此,T1和T2分别在时间t1和t2接收到此声波,如图1中的(b)、(c)所示.从而在后面的事件形成单元里得到了和它们相对应的事件信号:SJB、SJC,如图1中的(d)、(e)所示.显然,A点是声发射源.

    如果测出时间差$t,就可以求出从A点到B(或C)点的距离.从图1中的(a)可以知道

    由(2)式减去(1)式,可以得到

    由(3)式改写可以得到

　　在上面的推导过程中,因为V和S都是确定值,所以,测出了$t,就可以确定出声发射源的位置.

    用三个以上的传感器组成平面阵列,测定声发射源位置.如果某一板状构件中有一裂纹产生了,在它的周围任意布置了三个传感器,如图2中的(a)所示.裂纹以弹性波的形式释放出能量,那么弹性波的波前相当于一个圆向外传播,首先到达1号传感器,依次到达2、3传感器设$t12为1、2传感器收到信号的时间差,$t13为1、3传感器也收到此信号的时间差,如果以2号传感器为圆心,以$t12·V为半径,则可以画出一个圆;如果再以3号传感器为圆心,以$t13·V为半径,则可以再画出一个圆;如果再做第三个圆,使其与前面的两个圆相切,并经过1号传感器,那么第三个圆的圆心O点就是声发射源位置.