声发射(Acoustic Emission，简称AE），是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象。

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission，简称AE) ，有时也称为应力波发射。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，被称为其它或二次声发射源。

现阶段声发射仪的发展方向是全数字全波形声发射仪，其特点是硬件仅采集得到数字声发射信号波形，其它任务如参数产生，滤波甚至门槛功能都可实时或事后由软件完成。声发射技术已经逐步走向以波形信号分析为主，全波形声发射仪将逐渐取代传统的参数式声发射仪。

声发射是一种常见的物理现象，各种材料声发射信号的频率范围很宽，从几Hz的次声频、20 Hz～20K Hz的声频到数MHz的超声频；声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术，人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。

声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现象，尽管无法考证人们何时首次听到声发射，但逐如折断树技、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。可以十分肯定地推断“锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现象，因为纯锡在塑性形变期间机械栾晶产生可听得到的声发射，而铜和锡的冶炼可追溯到公元前3700年。

利用自行设计的深部岩爆过程实验系统对深部高应力条件下的花岗岩岩爆过程进行实验研究，模拟实际工程的开挖条件，对加载至三向应力状态下的板状花岗岩试件快速卸载一个方向的水平应力，采集实验过程中三个方向应力随时间的变化数据，获得了花岗岩岩爆全过程应。

（Acoustic emission testing）

中华人民共和国国家标准无损检测术语-声发射检测GB/T 12604.4—90 Terminology for nondestructive testing Acoustic emission testing 本标准规定了在声发射检测的一般概念，声发射检测设备、器件和材料，声发射检测方法中使用的术语。本标准适用于声发射检测。

本文根据管道泄漏时产生声发射信号的现象，构建了一种新的管道泄漏与泄漏点定位的检测系统。重点描述了系统软、硬件设计中的关键问题及其解决方法。现场测试表明，基于声发射技术的检测系统在泄漏的识别和定位上有着良好的效果。

摘要 波形数字声发射技术的发展，给声发射源的特性识别带来了可能性。由于各种噪声的影响，以及声发射信号传播过程的复杂性，又给声源的识别带来一定的困难。为了解决干扰情况下声发射源的定性问题，本文提出了在决策层上的多传感器数据融合的识别。

混凝土材料断裂的声发射自相似性识别特征将对材料声发射的研究，力学过程的研究，同对材料断裂损伤等破坏过程的研究相结合，提出了声发射过程的概念。给出定量考察声发射过程的自相似性特征函数。并在此基础上，根据混凝土试块的三点弯曲试验，确定出了混凝土试块断裂的声发射自相似性识别特征。

用理论分析方法和实验方法研究滑动轴承声发射信号特征随转子转速的变化规律。研究表明，滑动轴承的声发射信号特征参数（时域波形，事件计数率，频率中心等）随转速的变化而变化。润滑状态较好时，幅值、事件计数率、频率中心较小；润滑状态变差时，幅值、事件计数率、...

大型回转零件和封闭零件的壁厚无法用常规测量，只能采用超声波测厚仪（简称测厚仪），为搞清测厚仪测量曲面（特别是圆弧回转曲面)的影响因素及提高测量圆弧回转曲面厚度精度，就测量工件的主要影响因素进行分析。

由于组成平面波透镜高低爆速层的热膨胀系数不同，两者未全部粘结。在储存和运输等过程中，由于温度的变化、振动等因素的影响，粘结剂会产生脱粘或开裂。如粘结剂大面积开裂将有可能导致炸药的脱粘或分离，后果是非常严重的，因此平面波透镜粘接界面的状态及。

现代的声发射技术的开始以Kaiser五十年代初在德国所作的研究工作为标志。他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即：“材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。

二十世纪五十年代末，美国人Schofield和Tatro经大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错的运动所引起[5]，而且还得到一个重要的结论，即声发射主要是体积效应而不是表面效应。Tatro进行了导致声发射现象的物理机制方面的研究工作，首次提出声发射可以作为研究工程材料行为疑难问题的工具，并预言声发射在无损检测方面具有独特的潜在优势。

二十世纪六十年代初，Green等人首先开始了声发射技术在无损检测领域方面的应用，Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代，美国和日本开始广泛地进行声发射的研究工作，人们除开展声发射现象的基础研究外，还将这一技术应用于材料工程和无损检测领域。美国于1967年成立了声发射工作组，日本于1969年成立了声发射协会。二十世纪七十年代初，Dunegan等人于开展了现代声发射仪器的研制，他们把实验频率提高到100KHz-1MHz的范围内，这是声发射实验技术的重大进展，现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室的材料研究阶段走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。

随着现代声发射仪器的出现，整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用，尤其在化工容器、核容器和焊接过程的控制方面取得了成功。Drouillard于1979年统计出版了1979年以前世界上发表的声发射论文目录，据他的统计，到1986年底世界上发表有关声发射的论文总数已超过5000篇。

二十世纪八十年代初，美国的声发射仪器制造公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统，设计出了体积和重量较小的第二代源定位声发射检测仪器，并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件，通过微处理计算机控制，可以对被检测构件进行实时声发射源定位监测和数据分析显示。由于第二代声发射仪器体积和重量小易携带，从而推动了八十年代声发射技术进行现场检测的广泛应用，另一方面，由于采用286及更高级的微处理机和多功能检测分析软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提高，仪器的信息存储量巨大，从而提高了声发射检测技术的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。

进入九十年代，美国PAC公司、美国DW公司、德国Vallen Systeme公司先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。

中国于二十世纪七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和金属结构的检测方面得到应用。发射检测仪已在制造、信号处理、金属材料、复合材料、磁声发射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了广泛的应用。

中国于1978年在中国无损检测学会成立了声发射专业委员会，并于1979年在黄山召开了第一届全国声发射学术会议，已固定每两年召开一次学术会议，到目前为止已召开了十一届。

声发射检测现场探头布置声发射检测的原理，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。固体材料中内应力的变化产生声发射信号，在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。

声发射检测的主要目的是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。

声发射检测方法在许多方面不同于其它常规无损检测方法，其优点主要表现为：

（1） 声发射是一种动态检验方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线探伤方法一样由无损检测仪器提供；（2） 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号；

（3） 在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态；

（4） 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报；

（5） 由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；

（6） 对于在役压力容器的定期检验，声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产；

（7） 对于压力容器的耐压试验，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力；

（8） 由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。

由于声发射检测是一种动态检测方法，而且探测的是机械波，因此具有如下的特点：

（1） 声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，因而，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验；

（2） 声发射检测，一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要特作准备；

（3） 声发射检测只能给出声发射源的部位、活性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小，仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。

人们已将声发射技术广泛应用于许多领域，主要包括以下方面：

声发射检测应用在高压储氢罐检测上（1） 石油化工工业：低温容器、球形容器、柱型容器、高温反应器、塔器、换热器和管线的检测和结构完整性评价，常压贮罐的底部泄漏检测，阀门的泄漏检测，埋地管道的泄漏检测，腐蚀状态的实事探测，海洋平台的结构完整性监测和海岸管道内部存在砂子的探测。

（2） 电力工业：变压器局部放电的检测，蒸汽管道的检测和连续监测，阀门蒸汽损失的定量测试，高压容器和汽包的检测，蒸汽管线的连续泄漏监测，锅炉泄漏的监测，汽轮机叶片的检测，汽轮机轴承运行状况的监测。

（3） 材料试验：复合材料、增强塑料、陶瓷材料和金属材料等的性能测试，材料的断裂试验，金属和合金材料的疲劳试验及腐蚀监测，高强钢的氢脆监测，材料的摩擦测试，铁磁性材料的磁声发射测试等。

（4） 民用工程：楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝的检测，水泥结构裂纹开裂和扩展的连续监视等。

（5） 航天和航空工业：航空器的时效试验，航空器新型材料的进货检验，完整结构或航空器的疲劳试验，机翼蒙皮下的腐蚀探测，飞机起落架的原位监测，发动机叶片和直升机叶片的检测，航空器的在线连续监测，飞机壳体的断裂探测，航空器的验证性试验，直升机齿轮箱变速的过程监测，航天飞机燃料箱和爆炸螺栓的检测，航天火箭发射架结构的验证性试验。

（6） 金属加工：工具磨损和断裂的探测，打磨轮或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。

（7） 交通运输业：长管拖车、公路和铁路槽车的检测和缺陷定位，铁路材料和结构的裂纹探测，桥梁和隧道的结构完整性检测，卡车和火车滚珠轴承和轴颈轴承的状态监测，火车车轮和轴承的断裂探测。

（8） 其他：硬盘的干扰探测，带压瓶的完整性检测，庄稼和树木的干旱应力监测，磨损摩擦监测，岩石探测，地质和地震上的应用，发动机的状态监测，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测，汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测，Li/MnO2电池的充放电监测，人骨头的摩擦、受力和破坏特性试验，骨关节状况的监测。

声发射检测现场据估计，中国有60多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作，从业人员200多人。在人员培训方面，已有5人以上以声发射检测技术的有关研究内容为论文题目获得博士学位，有50多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面，航天工业无损检测人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训II级检验人员30多人，国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人员资格考试委员会于2002年已培训II级检验人员80多人。

声发射仪一般包括以下部件，但由于结构的差异，可能会有不同的表现形式。

1 传感器类型

声发射传感器一般是压电陶瓷材料制造成的，选择时主要考虑其谐振频率、灵敏度、温度范围、结构形式、信号接口等因素。传感器的谐振频率应满足待测设备、材质、耦合介质等的需求。

2 前置放大器

主要考虑增益、频率、供电方式和信号接口递范围。增益的选择要考虑传感器和后续信号处理通道的匹配问题，而接口方式则需要考虑传感器的接口、供电和信号输出接口等因素。前置放大器频率范围应覆盖所赶兴趣信号的频率范围。供电一般选择与信号复用的方式。

3 信号处理板

一般由1个或者多个信号处理板构成整个系统，信号处理板主要完成对来自前置放大器的声发射信号的处理，得到满足要求的参数数据和/或波形数据。一个信号处理板可以包含一个或者多个信号处理通道。

4 计算机系统

其功能是将各个信号处理卡得到的波形和/或数据读到计算机系统进行保存、处理和显示等操作。不同类型的声发射仪对计算机系统的要求不一样，如前所述，参数式声发射仪对计算机系统的要求较低，参数-波形式次之，直接波形式对计算机系统的要求最高。计算机系统应该有适当的升级和扩充能力。

5 采集分析软件

采集、分析软件可以分成独立的几个软件，也可以是多个软件功能集合到一起，但都应该可以实现实时采集、分析、保存等的功能。如前所述，采集分析软件至少应可满足实时定位、实时关联分析和结果显示，并可实时将结果予以保存。如果有波形的系统应可实时观察部分或者全部的波形。

1信噪比（SNR）

一般是指信号系统允许无失真接收的最大信号和系统背景噪声的比值，常用此比值的常用对数乘以20得到分贝值来表示信噪比。作为仪器，信噪比越大越好；但是，一般信噪比大的仪器制造成本高，有时信号比的增加会急剧增加造价，势必售价被提高。SNR和系统的最小门槛相关，一般可以选择无机械信号时系统允许的最小门槛来估算SNR的水平。

2 频率范围

频率范围是指前置放大器和信号处理板的模拟信号带宽，它取决于滤波器和信号通道的整体特征，而非某个部件的频率范围。一般通过滤波器的组合可以覆盖10KHz～2MHz的范围就可满足大多数应用。对于特定的应用，应该选择最为接近其频率范围的滤波器组合以实现对噪声的抑制，并不是带宽越宽越好。一般而言，滤波器带宽越宽其信噪比越低。

3 声发射参数

无论是何种技术和何种处理方法制造的仪器，一般应该包括：上升时间、持续时间、峰值幅度、计数值、能量等参数，最好还可以包括到峰计数、均方根电压、信号平均电平参数。

4 软件功能

应可以实时采集各个通道的数据，实时定位分析、滤波处理，以特定的方式显示数据处理的结果、保存处理结果。应可离线处理所保存的数据，输出分析结果。一般国产仪器采用中文界面的缘故比较容易学习，进口仪器大多都是英文界面，但功能较为强大，在选择时是一个值得考虑的因素。软件至少应该提供线定位、三角形定位（如需要）算法，最好提供球形定位、矩形定位算法，定位精度在50mm以下为宜。

5 每秒撞击数（HITs/S）

这个指标是衡量一台声发射仪实时性最为重要的指标，如果对仪器的实时性非常关心，请仔细考虑这个指标。这个指标进一步分解为单个通道每秒撞击数和整台仪器的每秒撞击数。单个通道的每秒撞击数实际上衡量了单个通道接收声发射信号和由此产生的参数或者波形数据的能力；而整台仪器的每秒撞击数则用来衡量仪器整体的信号接收和处理能力，它是指各个声发射信号处理通道处理声发射撞击的总和。一般前者指标可以做的很高，但是后者则需要倚赖许多因素，例如：ADC采样频率、通道数、软件的影响等。采购时这两个指标都非常重要，要统筹考虑。无论何种仪器，此指标都适用。

6 ADC的采样频率

在数字声发射仪中，此参数决定了对信号的分析能力，它直接影响定位精度、到达时间、上升时间、峰值幅度等参数的数值。笔者认为，ADC的采样频率滤波器最高频率的10～20倍左右为宜，倍数太高会增加数据的流量、影响实时性，而倍数太低会丢失有效的细节。例如，如果声发射信号的谐振频率为300KHz，滤波器的范围为100～500KHz，则ADC需要达到的采样频率在5MHz～10MHz为宜。

7 ADC的分辨率

ADC的分辨率决定了仪器对小信号的分辨能力，一般用12～16位分辨率的ADC，个别可选择18位。ADC的分辨率和SNR相比，SNR更能表征仪器的设计和制造水平，因为ADC分辨率高的ADC的不一定可以实现SNR高。

8 增益

模拟和数字声发射仪都可以有增益选择，此参数用来改善系统的动态范围和可接收的信号范围。增益可以是对模拟信号加增益放大，也可以对ADC结果进行抽样得到"处理增益"。

9 附加接口

声发射仪一般都具有测量附加参数的接口，主要用来测量声发射测试时的环境温度、设备的压力等，但这些都不属于声发射技术本身所必须的参数，只是实验条件而已！部分仪器提供其它接口用来通讯、同步等功能，一般可根据需要选择考虑。