鍋爐是重要的熱能動(dòng)力設(shè)備，是電力行業(yè)的心臟。我國鍋爐生產(chǎn)量和在用量均居于世界首位，且隨著能源需求的增加，其數(shù)量仍將持續(xù)增長。電站鍋爐是火力發(fā)電站三大主力設(shè)備之一，受國家“上大壓小”的政策影響，一般都有著容量大且參數(shù)高的特點(diǎn)。目前我國火電站的主力機(jī)組為600MW超臨界鍋爐，達(dá)到世界先進(jìn)水平的超超臨界鍋爐容量可達(dá)1000MW，這些大型供能設(shè)備的安全運(yùn)行變得更加不容忽視。但是電站鍋爐的爐管工作環(huán)境惡劣，長期處于腐蝕、磨損、高溫的運(yùn)行狀況，最易出現(xiàn)水汽泄漏甚至爆管事故。在管道泄漏的初期，傳統(tǒng)的水質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水化學(xué)監(jiān)測(cè)等方法都難以感知微小水汽泄漏，并且鍋爐體積大，管道復(fù)雜，停爐檢修時(shí)間周期長。面對(duì)保障鍋爐這一重要特種設(shè)備安全高效運(yùn)行的需求，本書作者在認(rèn)真總結(jié)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的原理和研究電站鍋爐這一應(yīng)用對(duì)象的特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合聲學(xué)、數(shù)理學(xué)、現(xiàn)代信號(hào)處理等知識(shí)實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)完成此書。本書全面、系統(tǒng)地介紹了聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)、鍋爐本體特點(diǎn)、鍋爐管泄漏的聲學(xué)及物理學(xué)特性、管道漏點(diǎn)定位方法及獨(dú)創(chuàng)性的裝置開發(fā)和應(yīng)用成果。全書內(nèi)容涉及學(xué)科廣泛，不僅將鍋爐管泄漏聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)緊密聯(lián)系實(shí)際需求，還特別對(duì)裝置的研發(fā)、測(cè)試數(shù)據(jù)、使用步驟做了詳盡的記錄，因此具有很強(qiáng)的實(shí)用性。盡管本書針對(duì)鍋爐進(jìn)行介紹，但對(duì)包括油/氣等壓力管道、電梯/起重機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備、游樂設(shè)施在內(nèi)的其他特種設(shè)備的檢測(cè)同樣具有參考價(jià)值?？傊?，作者希望能夠?yàn)樽x者奉獻(xiàn)一部全面、實(shí)用的著作，以此拋磚引玉，對(duì)我國的特種設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)的研究和應(yīng)用起到促進(jìn)作用。在成書過程中，作者搜集了大量參考文獻(xiàn)并進(jìn)行整理，在此對(duì)本書參考文獻(xiàn)及被引用文獻(xiàn)的作者表示感謝。由于本書涉獵領(lǐng)域廣、技術(shù)更新快，以及作者水平有限，書中出現(xiàn)的不當(dāng)或錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。第1章第2章第3章前言緒論 1 11.2聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展史 2 3 41.3鍋爐爐管泄漏檢測(cè)裝置中的關(guān)鍵技術(shù) 71.4國內(nèi)外先進(jìn)聲檢測(cè)儀器簡介 91.5本書的主要內(nèi)容 聲學(xué)檢測(cè)的基本概念與原理 2.1聲學(xué)檢測(cè)的物理基礎(chǔ) 2.1.5聲源與聲場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型 2.1.6影響聲發(fā)射特性的因素 2.2聲信號(hào)分析與處理方法 2.3聲學(xué)檢測(cè)原理 鍋爐爐管泄漏特性研究 3.1過熱器爆管失效研究 第4章第5章3.1.1過熱器長期過熱爆管的機(jī)理、形式與特征 3.2再熱器爆管失效研究 3.2.1再熱器爆管的直接原因 3.2.2再熱器爆管防范措施 3.3水冷壁爆管失效研究 3.3.2水冷壁爆管直接原因 3.3.3水冷壁爆管主要原因 3.3.4防止水冷壁爆管采取的措施 3.4省煤器爆管失效研究 3.4.2省煤器爆管原因 3.4.3預(yù)防省煤器泄漏的對(duì)策 3.5判定“四管”泄漏的方法 3.5.2不同受熱面爆漏后的參數(shù)變化比較 鍋爐聲發(fā)射與傳播特性 4.1鍋爐爐管泄漏聲音特性分析 4.1.2泄漏蒸汽流速計(jì)算 4.1.3泄漏噪聲聲壓級(jí)、頻率計(jì)算 4.2爐內(nèi)背景噪聲特性分析 4.2.3燃燒器噴流噪聲 4.3爐內(nèi)聲傳播特性分析 4.3.1聲音在爐內(nèi)的衰減 4.3.2聲音在爐內(nèi)的混響 4.3.3管陣列對(duì)聲線的影響 聲信號(hào)的數(shù)字化處理與分析 5.1聲信號(hào)數(shù)字處理基礎(chǔ) 第6章第7章 5.1.3數(shù)字化分析處理中的若干問題 5.2時(shí)頻分析與傳輸理論 5.2.1聲信號(hào)的時(shí)域分析 5.2.2聲信號(hào)的頻域分析 5.2.3信號(hào)傳輸理論基礎(chǔ) 鍋爐爐管泄漏聲源定位方法 6.1.1基于最大輸出功率的可控波束形成方法 6.1.2基于高分辨率譜估計(jì)的定位方法 6.1.4不同定位方法比較 6.2基于時(shí)間延遲的定位方法 6.2.3定位方程解算方法 6.3互相關(guān)函數(shù)求取時(shí)延的研究 6.4定位誤差的度量 便攜式鍋爐爐管泄漏噪聲檢測(cè)系統(tǒng) 第8章第第8章第9章 系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)例 8.1傳感器支架設(shè)計(jì) 8.2.3定位精度影響因素分析 鍋爐爐管泄漏聲學(xué)檢測(cè)規(guī)程 9.2設(shè)置與校準(zhǔn) 9.2.2傳感器一致性校準(zhǔn) 9.3傳感器的安裝布置 9.6數(shù)據(jù)解釋與評(píng)價(jià) 9.7檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 檢測(cè)》 檢測(cè)方法》 檢測(cè)方法》 檢測(cè)評(píng)定方法》 9.7.5其他國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)方法目錄 參考文獻(xiàn) 鍋爐的“四管”（通常指省煤器、水冷壁、過熱器、再熱器的管道）處于高溫、高壓腐蝕、磨損的惡劣環(huán)境中，容易發(fā)生水汽泄漏，是電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重大障礙。若能對(duì)爐管狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、診斷泄漏的程度，及時(shí)判斷爐管泄漏位置，則一方面能有效地防止事故的擴(kuò)大并減小損失；另一方面能使電廠及時(shí)申報(bào)停機(jī)縮短檢修周期。目前，爐管泄漏早期監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有運(yùn)行人員監(jiān)測(cè)技術(shù)、水質(zhì)量平衡監(jiān)測(cè)技術(shù)、鍋爐水化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)、X射線檢測(cè)技術(shù)和聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)等。聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)較于其他方法精度高、遲滯性低、結(jié)果更為可靠，因此國內(nèi)、外先進(jìn)的監(jiān)測(cè)爐管泄漏的方法都是依靠聲學(xué)技術(shù)完成。國際上大型電站鍋爐檢測(cè)管道泄漏、預(yù)報(bào)鍋爐“爆管”事故方面最常用、最有發(fā)展?jié)摿Φ氖侄问抢矛F(xiàn)代聲學(xué)技術(shù)監(jiān)聽爐內(nèi)管道早期泄漏聲信號(hào)。該技術(shù)具有實(shí)時(shí)性、可遠(yuǎn)程檢測(cè)、可應(yīng)用于爐內(nèi)高溫高壓環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。然而，現(xiàn)行的鍋爐爐內(nèi)管道泄漏的聲檢測(cè)系統(tǒng)存在以下幾個(gè)突出問題。1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大。其大量的采集數(shù)據(jù)線和笨重的后臺(tái)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)加劇了鍋爐爐管檢漏工作的復(fù)雜程度，并且在運(yùn)輸搬動(dòng)過程中易造成設(shè)備損壞，會(huì)給計(jì)量部門帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。2）檢測(cè)與定位精度不高。裝置普遍依靠區(qū)域性定位原理，即通過比較各3）造價(jià)較高。如應(yīng)用區(qū)域性的定位原理進(jìn)行檢測(cè)，需要設(shè)置傳感器數(shù)量多如何解決現(xiàn)有鍋爐爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的弊端，以及如何對(duì)鍋爐爐管泄漏點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和定位，對(duì)鍋爐爐管檢測(cè)工作提出了新的挑戰(zhàn)，且亟須特種設(shè)備檢測(cè)部門對(duì)鍋爐爐管泄漏檢測(cè)裝置的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行研究。為了解決上述問題，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局啟動(dòng)了“國家質(zhì)檢公益行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201510067-03）”,旨在完成便攜式鍋爐爐管泄漏檢測(cè)裝置的研究。其中包括高度集成爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)、編制優(yōu)化運(yùn)行軟件、降低檢驗(yàn)檢測(cè)成本、實(shí)現(xiàn)鍋爐爐管泄漏的檢測(cè)和準(zhǔn)確定位等內(nèi)容。該項(xiàng)目完成后，即便攜式鍋爐爐管泄漏檢測(cè)裝置能成功為鍋爐進(jìn)行定期檢漏，從而可以有效地預(yù)防鍋爐爐管漏爆，進(jìn)而減少財(cái)產(chǎn)損失和人員傷害亡。除了基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行“四管”泄漏的判斷之外，技術(shù)人員也常借助一些專業(yè)方法對(duì)鍋爐爐管的泄漏狀況進(jìn)行判斷。這些方法按時(shí)間先后順序大致可以分為以下幾個(gè)階段。在早期，由于科學(xué)技術(shù)水平、計(jì)算機(jī)技術(shù)等因素的限制，爐管泄漏檢測(cè)僅能依靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡視、監(jiān)測(cè)，這是最早也是最傳統(tǒng)的爐管泄漏檢測(cè)方法。這種方法的缺點(diǎn)是：能否檢測(cè)到鍋爐爐管泄漏的發(fā)生與工作人員的經(jīng)驗(yàn)、爐管泄漏的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生在檢查前后有很大關(guān)系，不具有實(shí)時(shí)性；同時(shí)，由于鍋爐背景噪聲的干擾，使普通人很難發(fā)現(xiàn)泄漏。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了水質(zhì)量平衡監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)。該技術(shù)的主要原理是：當(dāng)爐管發(fā)生泄漏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)工質(zhì)的流失，從而造成水質(zhì)量失衡。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是：當(dāng)鍋爐正常工作（即沒有泄漏發(fā)生）時(shí)，保存爐內(nèi)工質(zhì)的流量數(shù)據(jù)，并以此為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)之后采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比，從而確定是否有泄漏發(fā)生。該技術(shù)的主要缺陷是：對(duì)流量裝置的精確度要求較高，且為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)流量裝置的數(shù)目有一定的要求。之后又出現(xiàn)了水化學(xué)檢測(cè)方法和X射線檢測(cè)法。水化學(xué)方法主要是在爐內(nèi)工質(zhì)中添加一種化學(xué)藥劑，當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，化學(xué)藥劑的含量會(huì)隨著泄漏的發(fā)生而減少，此方法雖然能夠?qū)π孤┳龀雠袛?，但是分析時(shí)間較長，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，且該技術(shù)對(duì)鍋爐排污測(cè)量系統(tǒng)的要求也較高。而X射線檢測(cè)法則是利用X射線的穿透能力對(duì)鍋爐進(jìn)行的泄漏檢測(cè)，該技術(shù)雖然屬于無損檢測(cè)，但是其檢測(cè)結(jié)果可靠性差，且存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等缺點(diǎn)。因此，X射線檢測(cè)法也不適用于鍋爐爐管泄漏的檢測(cè)。現(xiàn)階段采用的主要檢測(cè)方法是聲譜分析法。這種方法利用聲波傳感器采集鍋爐爐膛內(nèi)的噪聲信號(hào)，并對(duì)采集的噪聲信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，結(jié)合互相關(guān)時(shí)間延遲估計(jì)方法和聲波傳感器陣列完成對(duì)鍋爐爐管的泄漏檢測(cè)。該方法具有靈敏度高（可檢測(cè)出直徑小于2mm的泄漏）且系統(tǒng)設(shè)備體積小，以及可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)階段各大電廠廣泛使用的泄漏檢測(cè)方法。當(dāng)前，鍋爐爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的定位方法根據(jù)不同的聲波傳感器陣列可分為以下幾種：線形陣、平面陣和立體空間陣。首先聲波傳感器對(duì)爐膛內(nèi)部的噪聲信號(hào)進(jìn)行采集，通過濾波器濾除其他無關(guān)噪聲后再經(jīng)放大器放大；將放大后的信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后由上位機(jī)進(jìn)行處理；最終判斷爐管泄漏是否發(fā)生。國外首次將鍋爐爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于電站始于20世紀(jì)80年代，早期的產(chǎn)品主要包括聲波傳感器、放大器、信號(hào)處理柜、主控室顯示等組件。后來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，信號(hào)處理柜逐漸被替代，并最終形成了以聲波傳感器、放大器、主控室顯示系統(tǒng)等構(gòu)成的鍋爐爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。如英國的PHONALEAK系統(tǒng)等，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操控性好。國內(nèi)電廠出現(xiàn)使用鍋爐爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)間始于20世紀(jì)90年代，該系統(tǒng)主要仿照國外20世紀(jì)80年代初期的泄漏檢測(cè)產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，其結(jié)構(gòu)與國外20世紀(jì)80年代初期的系統(tǒng)組成基本相似。目前，國內(nèi)鍋爐爐管泄漏檢測(cè)設(shè)備采用主要方法是聲譜分析法，且在許多電站都得到了廣泛的使用。20世紀(jì)70年代，英國率先開展了爐管泄漏監(jiān)測(cè)與診斷研究的相關(guān)工作，到70年代中期進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。20世紀(jì)80年代已在20多個(gè)火電廠70多臺(tái)鍋爐上采用了鍋爐泄漏監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)裝置。試驗(yàn)表明，蒸汽泄漏時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很寬范圍的噪聲頻譜。英國所采用的泄漏監(jiān)測(cè)裝置中，其一次元件為壓力傳感器，傳感器將接收到的聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，放大這一信號(hào)傳送到主控室的顯示、報(bào)警裝置。如今已有數(shù)十個(gè)國家的許多大機(jī)組在使用該裝置。該產(chǎn)品的系統(tǒng)由波導(dǎo)管、傳感器、前置放大器、電子間信號(hào)處理柜（含帶通濾波器）、主控室顯示組件構(gòu)成。以上系統(tǒng)中需要有“電子間信號(hào)處理柜”，其中有許多通道插卡件（一個(gè)測(cè)點(diǎn)需要配置一塊插卡件）。每一卡件負(fù)責(zé)處理該通道泄漏噪聲與背景噪聲信號(hào)的區(qū)分，并判斷是否發(fā)生泄漏。系統(tǒng)診斷方法主要是基于時(shí)域分析，即根據(jù)泄漏聲強(qiáng)的變化趨勢(shì)進(jìn)行爐管泄漏的診斷。圖1-1為20世紀(jì)70年代中后期成形的國外典型檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)。圖1-1國外典型檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)道。在使用這一檢漏系統(tǒng)的電廠中，經(jīng)不斷改進(jìn)與完善后，因爐管泄漏導(dǎo)致的總停機(jī)時(shí)間及每次泄漏后檢修所用的平均停機(jī)時(shí)間逐年穩(wěn)步減少。以CEGB的年因鍋爐泄漏導(dǎo)致的總停機(jī)時(shí)間和每次檢修所用的平均停機(jī)時(shí)間，分別比1978年減少近1000h和33h。由此可見，泄漏檢測(cè)裝置給電廠帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。又如意大利聲學(xué)泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在數(shù)十個(gè)電廠投入使用，這種系統(tǒng)不僅可以用于鍋爐本體，還可以用于高壓加熱器的在線泄漏監(jiān)測(cè)。之后英國研制的鍋爐泄漏在線監(jiān)測(cè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了美國WindsoyConn的燃燒技術(shù)的迅猛發(fā)展，可以用更可靠的集成技術(shù)來取代原先復(fù)雜的“電子間信號(hào)處理柜”設(shè)備，因而國外的爐管泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)了第二代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為傳感器、前置放大器、低通濾波器和主控室計(jì)算顯示系統(tǒng)，使裝置系統(tǒng)簡捷、維護(hù)方便，而且避免了原復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來的可靠性問題，且實(shí)現(xiàn)了爐管泄漏報(bào)警、泄漏位置顯示、監(jiān)聽和自檢等功能。力工程技術(shù)研究與發(fā)展機(jī)構(gòu)。EPRI與美國及其他西方國家的政府電力部門、私營企業(yè)、動(dòng)力設(shè)備制造運(yùn)行廠家有著廣泛而密切的聯(lián)系，負(fù)責(zé)發(fā)起、組織、協(xié)調(diào)、管理和實(shí)施數(shù)以萬計(jì)的研究開發(fā)計(jì)劃。自1973年建院以來，以研究開發(fā)成果先進(jìn)、實(shí)用而著稱，科研總投資35億美元?？梢哉fEPRI所反映的水平是目前電力工程技術(shù)界國際最先進(jìn)的水平，包括鍋爐泄漏在線監(jiān)測(cè)在內(nèi)的火電廠在線監(jiān)測(cè)與診斷是美國EPRI的重要研究方向。美國研制的系統(tǒng)由若干通道組成，各通道硬件構(gòu)成相同：聲傳感器提取波導(dǎo)管傳遞的聲信號(hào)，經(jīng)前置放大器、信號(hào)處理機(jī)和轉(zhuǎn)換后送入工控機(jī)。南非Instroteeh公司也開發(fā)了“InspeetaFFT”系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要由波導(dǎo)管、聲傳感器、放大電路、A/D板和工控機(jī)組成。目前，國內(nèi)、外檢測(cè)鍋爐爐管泄漏技術(shù)的原理基本相同，即通過聲頻傳感器捕捉鍋爐“四管”泄漏產(chǎn)生的一定強(qiáng)度和頻率范圍的噪聲，區(qū)分泄漏聲源和背景聲源后，即可檢測(cè)鍋爐管的泄漏狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，有兩種捕捉泄漏聲源的檢漏技術(shù)：①泄漏聲源通過空氣傳播到聲頻傳感器的檢漏技術(shù)；②泄漏聲源通過固體傳播到聲頻傳感器的檢漏技術(shù)。這兩種技術(shù)都應(yīng)用在了實(shí)際生產(chǎn)中，從技術(shù)成熟和應(yīng)用效果來看，第一種檢漏技術(shù)目前更可靠、實(shí)用，且國內(nèi)外應(yīng)用的時(shí)間長、范圍廣，經(jīng)驗(yàn)也豐富得多；第二種檢漏技術(shù)有其獨(dú)特之處，但還需進(jìn)一步發(fā)展完善。下面著重討論第一種檢測(cè)鍋爐爐管泄漏的應(yīng)用技術(shù)。國內(nèi)在20世紀(jì)80年代中期便有鍋爐爐管檢漏產(chǎn)品在電廠應(yīng)用，投用后出現(xiàn)過一些反復(fù)，也存在一定的漏報(bào)和誤報(bào)爐管泄漏的情況，產(chǎn)品大都局限于研究性的規(guī)模。20世紀(jì)90年代隨著國內(nèi)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及國內(nèi)、外技術(shù)的交流，鍋爐爐管檢測(cè)產(chǎn)品的技術(shù)水平得到了較大提高。最早研制投用產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為傳感器、前置器和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警。早期產(chǎn)品由于在區(qū)分背景噪聲與泄漏噪聲的技術(shù)上有一定缺陷，而且關(guān)鍵設(shè)備的抗高溫、抗灰塵及使用壽命等性能指標(biāo)不穩(wěn)定，系統(tǒng)不具備自檢功能，因而在實(shí)際應(yīng)用中效果不是很理想。在電廠全套投用的國內(nèi)第一代產(chǎn)品是在20世紀(jì)90年代初期出品的，該產(chǎn)品主要參照國外70年代末期同類產(chǎn)品的技術(shù)，同時(shí)也借鑒了國內(nèi)早期產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。該產(chǎn)品的系統(tǒng)由傳感器、前置放大器、電子間信號(hào)處理柜、主控室顯示柜等構(gòu)成。國內(nèi)第一代產(chǎn)品與國外20世紀(jì)70年代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，在顯示設(shè)備上將原“顯示板”改成具有計(jì)算機(jī)顯示功能的“顯示柜”形式。國內(nèi)第一代產(chǎn)品的特點(diǎn)如下：①產(chǎn)品利用“帶通濾波”的方法區(qū)分鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的背景噪聲和泄漏噪聲，故對(duì)一些臨界狀態(tài)的爐管泄漏反映不很靈敏；②因參照國外20世紀(jì)70年代產(chǎn)品，裝置主設(shè)備“電子間信號(hào)處理柜”中大量處理卡件、電源卡件接插維護(hù)煩瑣，則存在可靠性問題；且系統(tǒng)本身的電路設(shè)計(jì)存在相互干擾現(xiàn)象；③裝置波導(dǎo)管采用簡單“直三通”連接傳感器的方式，在處理聲波駐波問題上存在缺陷，故會(huì)造成對(duì)泄漏的誤報(bào)；④對(duì)運(yùn)行過程中波導(dǎo)管的堵灰狀況不能自動(dòng)測(cè)報(bào)，可能造成設(shè)備漏報(bào)泄漏的缺陷。此外，第一代產(chǎn)品的兼容性較差，不能方便增減測(cè)點(diǎn)數(shù)量和檢測(cè)范圍。但是其作為檢測(cè)爐管泄漏的產(chǎn)品，比國內(nèi)早期產(chǎn)品已經(jīng)有了很大的改進(jìn)提高，因而在電廠仍具有相應(yīng)的應(yīng)用價(jià)值。第二代產(chǎn)品由傳感器、變送器和顯示與報(bào)警組件等構(gòu)成（圖1-2）。其特點(diǎn)是：①該產(chǎn)品采用頻譜分析和濾波處理相結(jié)合的方法對(duì)鍋爐“四管”泄漏進(jìn)行診斷，比原產(chǎn)品僅靠濾波處理判斷泄漏更可靠準(zhǔn)確；②除第一代產(chǎn)品中主設(shè)備“電子間信號(hào)處理柜”及相應(yīng)通道卡件外，克服了原產(chǎn)品接點(diǎn)多（1000多個(gè)接點(diǎn)）和處理卡件不可靠的缺陷、故障，不僅提高了可靠性，而且設(shè)備維護(hù)、調(diào)試也更簡單方便，系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)之間信號(hào)相互干擾的問題也可以消除；③第二代產(chǎn)品波導(dǎo)管進(jìn)行了專業(yè)聲學(xué)設(shè)計(jì)，能不失真地將爐內(nèi)噪聲信號(hào)傳遞給傳感器：④具有獨(dú)特的“波導(dǎo)管堵灰判斷”技術(shù)，可正確向運(yùn)行人員報(bào)告波導(dǎo)管堵灰情況，克服了國內(nèi)、外產(chǎn)品存在的因探頭堵管而漏報(bào)泄漏的缺陷；⑤裝置系統(tǒng)簡捷，能方便增減測(cè)點(diǎn)通道數(shù)和測(cè)量范圍，可在單臺(tái)裝置基礎(chǔ)上擴(kuò)容至兩臺(tái)鍋爐檢漏裝置或多臺(tái)鍋爐檢漏裝置，而不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜的改造工作。第二代產(chǎn)品的功能有爐管泄漏報(bào)警、“泄漏位置顯示”、泄漏趨勢(shì)、監(jiān)聽、自檢和探頭堵管判斷等。圖1-2國內(nèi)改進(jìn)的“第二代”產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖目前國內(nèi)第二代產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，省略了原設(shè)備中大量容易出問題的中間環(huán)節(jié)（如電子間信號(hào)處理柜在產(chǎn)品制造中能更好地控制質(zhì)量，且裝置的運(yùn)行調(diào)試和維護(hù)都很方便。目前國內(nèi)已有幾十臺(tái)鍋爐安裝使用了爐管泄漏在線檢測(cè)系統(tǒng)，機(jī)組容量（125～600）MW。在上述應(yīng)用的裝置中，存在一些漏報(bào)、誤報(bào)泄漏和設(shè)備損壞的問題，這些都涉及裝置的關(guān)鍵技術(shù)水平。國內(nèi)第一代與第二代爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容對(duì)比見表1-1。表1-1國內(nèi)第一代與第二代爐管泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容對(duì)比產(chǎn)品類別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)濾波方法功能與特點(diǎn)國內(nèi)第一代產(chǎn)品傳感器、前置放大器、電子間信號(hào)處理柜等帶通濾波泄漏報(bào)警；不具備自檢功能；系統(tǒng)維護(hù)差；有誤報(bào)現(xiàn)象；性能指標(biāo)不穩(wěn)定國內(nèi)第二代產(chǎn)品傳感器、變送器、顯示與報(bào)警組件頻譜分析與帶通濾波相結(jié)合泄漏報(bào)警；具備監(jiān)堵灰判斷；設(shè)備穩(wěn)定；不能精確定位傳感器的質(zhì)量在國內(nèi)、外的裝置上都發(fā)生過一些問題。由于鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境十分惡劣，高溫、寒凍、灰塵、風(fēng)吹雨打等氣候環(huán)境要求，傳感器應(yīng)具有很好的工作性能；否則將影響對(duì)鍋爐“四管”泄漏的準(zhǔn)確測(cè)報(bào)。以前國內(nèi)裝置傳感器質(zhì)量不太過關(guān)，一般使用半年就可能出現(xiàn)問題。經(jīng)過廠家的積極努力，現(xiàn)在第一代、第二代產(chǎn)品的傳感器已接近國外傳感器的性能水平。尤其第二代產(chǎn)品的傳感器的性能更優(yōu)越，已達(dá)到長期運(yùn)行下對(duì)同一測(cè)試信號(hào)的輸出參數(shù)基本一致，且偏差限制在1%以內(nèi)。鍋爐在運(yùn)行時(shí)有各種各樣的噪聲源且容量不同，即使相同容量在不同負(fù)荷下運(yùn)行的鍋爐及運(yùn)行的不同時(shí)刻都可能使噪聲源產(chǎn)生變化。如何區(qū)分鍋爐運(yùn)行時(shí)背景噪聲與泄漏噪聲是早期檢測(cè)“四管”泄漏的重要技術(shù)之一。以前國內(nèi)、外的處理方法是將傳感器接收的噪聲源信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理，為提高泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度，采用對(duì)噪聲源信號(hào)進(jìn)行頻譜特性分析的方法，已成為國內(nèi)、外產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。規(guī)范系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一定程度上可有效降低設(shè)備的故障率，使設(shè)備維護(hù)也變得簡單方便，以及產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。由于國內(nèi)機(jī)電一體化水平較低，若完全按照國外產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就可能因?yàn)榧庸?、配合和長期工作的穩(wěn)定性等問題而產(chǎn)生故障，這在第一代產(chǎn)品的使用中有所反映。為提高鍋爐爐管檢漏技術(shù)的可靠性和設(shè)備使用壽命，克服前期產(chǎn)品存在的諸多技術(shù)問題，在總結(jié)早期和第一代產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上全新研制的第二代檢漏產(chǎn)品也已正式在鍋爐上投運(yùn)。經(jīng)過多臺(tái)裝置的實(shí)際應(yīng)用，第二代產(chǎn)品已證明能適應(yīng)電廠惡劣環(huán)境要求，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，技術(shù)性能比第一代產(chǎn)品更進(jìn)一步。檢測(cè)爐管的早期泄漏需要波導(dǎo)管準(zhǔn)確地將爐內(nèi)噪聲傳導(dǎo)到傳感器。由于鍋爐爐型及燃燒方式等因素的不同，波導(dǎo)管可能產(chǎn)生堵灰現(xiàn)象，水冷壁上的波導(dǎo)管還可能產(chǎn)生結(jié)焦堵管的情況，這在國內(nèi)、外裝置上都普遍存在。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致傳感器接收不到或延緩接收到爐內(nèi)泄漏信號(hào)，使裝置不能及時(shí)報(bào)告爐管泄漏事故。解決上述問題除了要采取合理的清灰措施外，還需要有自動(dòng)判斷波導(dǎo)管堵灰狀態(tài)的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)第二代產(chǎn)品中已成功應(yīng)用，如在堵灰嚴(yán)重的鍋爐上，該技術(shù)可有效提高裝置的泄漏測(cè)報(bào)準(zhǔn)確性，使傳感器的投用有效率提高20%～30%。探頭安裝的位置與方式，對(duì)裝置捕捉“四管”泄漏事故有一定的影響。這個(gè)問題可以通過實(shí)際應(yīng)用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來解決。由上可見，鍋爐爐管檢漏報(bào)警裝置的關(guān)鍵技術(shù)主要是設(shè)備質(zhì)量性能、區(qū)分、判斷泄漏技術(shù)和系統(tǒng)合理應(yīng)用的問題。1.3鍋爐爐管泄漏檢測(cè)裝置中的關(guān)鍵技術(shù)目前國內(nèi)、外鍋爐上均有鍋爐爐管泄漏檢測(cè)裝置投入運(yùn)行，機(jī)組容量從（125～600）MW不等。在上述應(yīng)用的裝置中，存在一些漏報(bào)、誤報(bào)泄漏和設(shè)備損壞的問題，這些都涉及裝置的關(guān)鍵技術(shù)水平。下面就檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析討論，以期進(jìn)一步完善檢測(cè)方法與系統(tǒng)。1.傳感器的質(zhì)量傳感器的質(zhì)量在國內(nèi)、外的裝置上都發(fā)生過一些問題。由于鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境十分惡劣，如高溫、寒凍、灰塵、風(fēng)吹雨打等氣候環(huán)境要求傳感器具有很好的工作性能；否則將影響對(duì)鍋爐“四管”泄漏的準(zhǔn)確測(cè)報(bào)。第一代、第二代產(chǎn)品配置的傳感器已接近國外傳感器的性能水平，而第二代產(chǎn)品的傳感器的性能更優(yōu)越，已達(dá)到同一測(cè)試信號(hào)下相隔10年的前后輸出參數(shù)基本一致，偏差不超過1%。2.背景噪聲和泄漏噪聲的區(qū)分技術(shù)如何區(qū)分鍋爐運(yùn)行時(shí)背景噪聲與泄漏噪聲是早期檢測(cè)“四管”泄漏的重要技術(shù)之一。以前國內(nèi)、外的處理方法是將傳感器接收的噪聲源信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理；后為提高泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度，采用了對(duì)噪聲源信號(hào)進(jìn)行頻譜特性分析的方法，并已成為國外和國內(nèi)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。國內(nèi)第二代產(chǎn)品也已利用該技術(shù)進(jìn)行噪聲區(qū)分處理，解決了在臨界狀態(tài)下泄漏噪聲的判別問題。3.系統(tǒng)整體可靠性規(guī)范系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一定程度上可有效降低設(shè)備的故障率，設(shè)備維護(hù)也變得簡單方便，產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。由于國內(nèi)機(jī)電一體化水平較低，若完全按照國外產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就可能因?yàn)榧庸?、配合和長期工作的穩(wěn)定性等問題而產(chǎn)生故障，這在第一代產(chǎn)品的使用中有所反映。目前，國內(nèi)第二代產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，省略了原設(shè)備中大量容易出問題的中間環(huán)節(jié)（如電子間信號(hào)處理柜在產(chǎn)品制造中能更好地控制質(zhì)量，且裝置的運(yùn)行調(diào)試和維護(hù)都很方便。4.波導(dǎo)管堵灰檢測(cè)爐管的早期泄漏需要波導(dǎo)管準(zhǔn)確地將爐內(nèi)噪聲傳導(dǎo)到傳感器。由于鍋爐爐型及燃燒方式等因素的不同，波導(dǎo)管可能產(chǎn)生堵灰現(xiàn)象，水冷壁上的波導(dǎo)管還可能產(chǎn)生結(jié)焦堵管的情況，這在國內(nèi)、外裝置上都普遍存在。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致傳感器接收不到或延緩接收到爐內(nèi)泄漏信號(hào)，使裝置不能及時(shí)報(bào)告爐管泄漏事故。解決上述問題除了要采取合理的清灰措施外，還需要有自動(dòng)判斷波導(dǎo)管堵灰狀態(tài)的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)第二代產(chǎn)品中已成功應(yīng)用，在堵灰嚴(yán)重的鍋爐上該技術(shù)可有效提高裝置的泄漏測(cè)報(bào)準(zhǔn)確性，使傳感器的投用有效率提高了20%～30%。取消了三個(gè)手動(dòng)節(jié)流閥，并使用電磁式比例閥調(diào)節(jié)液壓缸加載力，實(shí)現(xiàn)了磨輥加載力根據(jù)磨負(fù)荷和磨阻隨時(shí)可調(diào)。令人擔(dān)心的是，MPS型磨煤機(jī)的磨輥具有可擺動(dòng)和上下浮動(dòng)的特點(diǎn)，與液壓缸相連的拉桿工作時(shí)處于橫向擺動(dòng)和上下滑動(dòng)。那么，高壓工況下液壓缸的密封圈壽命問題比較嚴(yán)重。這個(gè)問題在朝陽電廠運(yùn)行多年的MPS212磨煤機(jī)表現(xiàn)就比較突出，其他類似結(jié)構(gòu)的也有過報(bào)道?；谝陨显?，考慮采用液壓缸同步加載，增設(shè)測(cè)量加載力裝置，再用電動(dòng)方式固定機(jī)械鎖緊拉桿位置更為合理可靠，因?yàn)闄C(jī)械鎖緊可以避免加載液壓缸長期運(yùn)行的弊病。為了實(shí)現(xiàn)加載力的監(jiān)控，必須設(shè)置一測(cè)量裝置。為此，可在拉桿上選一受力接觸面，安裝荷重傳感器，經(jīng)二次儀表直接顯示加載力。類似的測(cè)量加載力的方式已在望亭發(fā)電廠和秦皇島熱電廠的ZGM95磨煤機(jī)上試用，且是比較成功的。再者，需要設(shè)計(jì)一種電動(dòng)-機(jī)械鎖緊裝置。采用液壓缸加載，在螺桿不受拉力時(shí)，用電動(dòng)執(zhí)行器轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，使螺母旋到位；然后液壓缸卸壓；運(yùn)行時(shí)由螺母鎖緊。為了解決螺母行程問題，加載力可采用分級(jí)調(diào)整的方法，即電動(dòng)執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)固定的行程，該固定行程對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的加載量。這樣，即解決了液壓缸壽命問題，又解決了機(jī)械鎖緊的問題。另外，現(xiàn)行的MPS型和ZGM95磨煤機(jī)的輥架與上壓環(huán)之間為鉸接軸承接觸，磨輥的位置靠上壓環(huán)來保證。這樣一來，在低加載力的工況下，如果遇到較大的鐵塊，磨輥有倒伏的危險(xiǎn)。所以，要實(shí)現(xiàn)低加載力運(yùn)行，必須在上壓架與輥架間增加連接裝置。5.探頭安裝問題探頭安裝的位置與方式對(duì)裝置捕捉“四管”泄漏事故有一定的影響。這個(gè)問題也可以通過實(shí)際應(yīng)用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來解決。6.鍋爐爐管泄漏的測(cè)報(bào)范圍目前，檢測(cè)爐管早期泄漏的裝置只能判斷在鍋爐內(nèi)某一區(qū)域是否發(fā)生爐管泄漏，并不能定位到具體的泄漏管排上。所以裝置主要作用是判斷鍋爐“四管”的早期泄漏，確定泄漏發(fā)生的受熱面。此外，該裝置還可作為鍋爐吹灰系統(tǒng)的輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備，以及報(bào)告吹灰系統(tǒng)是否正常投運(yùn)。當(dāng)爐內(nèi)某受熱面出現(xiàn)爐管泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)附近的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)都將變強(qiáng)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，而且對(duì)煙氣流下游測(cè)點(diǎn)比上游測(cè)點(diǎn)影響大。裝置多次正確捕捉爐管的早期泄漏，給電廠帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。電廠方面認(rèn)為，與停爐造成的每天近40萬元的替換電力損失相比，投運(yùn)一套“爐管檢漏系統(tǒng)”顯然是合算的。鍋爐測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)范圍，各個(gè)廠家產(chǎn)品并不一樣。國外產(chǎn)品檢測(cè)范圍是以測(cè)點(diǎn)為中心，半的為8～12m的半球空間。一般來說，半徑越大區(qū)域的精度就越差。從實(shí)際應(yīng)用來看，半徑在10m左右的范圍1.美國PAC公司的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)介紹（1）DISP聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)DISP聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)是美國PAC公司生產(chǎn)的新一代數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備，如圖1-3所示。釆用插卡式并行處理結(jié)構(gòu)，由PCI總線的PC機(jī)、前置放大器、傳感器和多個(gè)并行處理的PCHDSP-4卡組合而成，每塊PCI-DSP-4卡處理4個(gè)AE通道。系統(tǒng)將傳感器檢測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)送入前置放大器放大，在通過PCI-DSP-4卡提取AE特征參數(shù)和波形數(shù)據(jù)，完成對(duì)聲信號(hào)的釆集記錄處理。DISP系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用Windows界面參數(shù)圖等。定位軟件具有三角形、四邊形等多種定位方式，并允許傳感器隨布局進(jìn)行隨機(jī)定位，三維定位軟件對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行空間定位。除此之外，還可配置小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析與模式識(shí)別等軟件，用于復(fù)雜問題、復(fù)雜情況、復(fù)雜環(huán)境的聲發(fā)射分析與研究。TM聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)SAMOSTM聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)是PAC公司研制的第三代全數(shù)字化系統(tǒng)，如圖1-4所示，其核心是并行處理PCI總線的PCI-8聲發(fā)射功能卡，在一塊板上具有8個(gè)通道的實(shí)時(shí)聲發(fā)射特征提取、波形采集及處理的能力。它采用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP是PAC公司目前集成化更高、價(jià)格更低的系統(tǒng)，更適用壓力容器檢測(cè)等工程應(yīng)用。圖1-3DISP聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)圖1-4SAMOSTM聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)基于多年AE應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的全Windows環(huán)境的軟件系統(tǒng)不但方便了用戶的操作使用，同時(shí)保證高速/實(shí)時(shí)的AE參數(shù)及波形處理，實(shí)現(xiàn)了二維平面聲發(fā)射源定位算法的改進(jìn)，改為任意定位方式，布置聲發(fā)射傳感器時(shí)不再受三角形、四邊形的限制，隨意布置傳感器進(jìn)行定位，大大方便了現(xiàn)場(chǎng)使用。相對(duì)于傳統(tǒng)的定計(jì)算（過定位算法提高了源精度及強(qiáng)度。圖1-5PCI-2聲發(fā)射卡字化聲發(fā)射研發(fā)工具PCI-2是PAC公司最新研制的適用于大學(xué)等聲發(fā)射研究的高性能/低價(jià)格聲發(fā)射卡，如圖1-5所圖1-5PCI-2聲發(fā)射卡3MHz頻率范圍，可以對(duì)波形和特征進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。該卡也可作為一般的A/D卡進(jìn)行高要求的數(shù)字信號(hào)處理用。將PCI-2卡插PCI總線的計(jì)算機(jī)即可組成聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，良好的噪聲處理能力和高的運(yùn)行速度使其極其適合于科研院所和大學(xué)的研發(fā)工作。2.德國Vallen公司的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)介紹AMSY-5聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)是德國Vallen公司研制的新型設(shè)備，如圖1-6所示，采用了人性化的設(shè)計(jì)。其性能穩(wěn)定、操作靈活，適用于壓力容器、管道、航天、橋梁、貯罐、金屬、復(fù)合材料、陶測(cè)。系統(tǒng)具有1～254通道：數(shù)據(jù)傳輸速度大于30000AE-hits/s；波形傳輸速度軟件。德國Vallen公司主要的聲發(fā)射產(chǎn)品包括數(shù)字化多通道聲發(fā)射系統(tǒng)，各類聲發(fā)射檢測(cè)分析軟件，模擬前端模塊，聲發(fā)射傳感器和各種附件。圖1-6德國Vallen公司AMSY-5發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)3.中國聲華科技有限公司的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)WAE8為聲華科技有限公司生產(chǎn)的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1-7所示。通道聲發(fā)射信號(hào)直接進(jìn)入聲發(fā)射采集卡（每卡5個(gè)通道）進(jìn)行16位A/后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入一片超大規(guī)模FPGA門陣列芯片以實(shí)時(shí)提取聲發(fā)射參數(shù)和波形數(shù)據(jù)緩存及數(shù)字信號(hào)處理。所有參數(shù)和波形數(shù)據(jù)經(jīng)PCI總線用DMA方式傳送到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過信號(hào)分析軟件完成聲發(fā)射信號(hào)分析、定位等功能。多塊聲發(fā)射采集卡可以構(gòu)圖1-7聲華科技有限公司W(wǎng)AE8聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)①波形數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為可實(shí)時(shí)連續(xù)通過PCI總線高速通信圖1-7聲華科技有限公司W(wǎng)AE8聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)一片超大規(guī)模FPGA芯片完成多通道多功能（波形濾波、參數(shù)提取等使得采集卡的集成度，穩(wěn)走性和可靠性更高，卡的面積也更小。輸出數(shù)據(jù)可以是任意通道的波形、濾波后重建波形和參數(shù)等多種形式。本書比較全面地研究了鍋爐管泄漏聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用方式，包括聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)、鍋爐本體特點(diǎn)、鍋爐管泄漏的聲學(xué)及物理學(xué)特性、管道漏點(diǎn)定位方法及相應(yīng)裝置開發(fā)和應(yīng)用成果。反映了當(dāng)前最新的鍋爐管泄漏定位技術(shù)，具有較強(qiáng)的新穎性、系統(tǒng)性、實(shí)用性。本書介紹的裝置開發(fā)和應(yīng)用內(nèi)容填補(bǔ)了領(lǐng)域內(nèi)的空白，對(duì)后續(xù)裝置的設(shè)計(jì)和改良有重要借鑒意義。全書共9個(gè)章節(jié)，遞進(jìn)式地從鍋爐特性、聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)介紹至檢測(cè)裝置的實(shí)現(xiàn)方法，理論研究與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，可供工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域人員學(xué)習(xí)，也可供電站鍋爐設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)的工程技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)操作人員參閱，亦可供科研院所動(dòng)力工程、電子與通信工程等專業(yè)師生作為參考。聲學(xué)檢測(cè)的基本概念與原理引發(fā)聲發(fā)射的材料局部變化稱為聲發(fā)射事件，而聲發(fā)射源，是指聲發(fā)射事件的物理源點(diǎn)或發(fā)生聲發(fā)射波的機(jī)制源。在工程材料中，有許多種損傷與破壞機(jī)制可產(chǎn)生聲發(fā)射源，聲發(fā)射源類型如圖2-1所示。圖2-1聲發(fā)射源類型可以看出，聲發(fā)射源涉及的范圍非常廣泛，這里我們著重討論三種聲發(fā)射源。1.塑性變形一切固體在受到外力作用時(shí)，體積和形狀都要發(fā)生變化，我們把這兩種變化統(tǒng)稱為形變。單位長度和單位體積的形變叫應(yīng)變，而單位面積上所受的力叫應(yīng)力。對(duì)于絕大多數(shù)的變形固體，當(dāng)外力不超過各自的一定范圍時(shí)，它去除外力后，將完全恢復(fù)（或者說幾乎完全恢復(fù)）原有形狀和尺寸，這種性質(zhì)稱為彈性。去除外力后能夠消失的變形稱為彈性變形。但當(dāng)外力過大時(shí)，在外力去除后，變形只能部分地消失而殘留一部分不能消失的變形，材料的這種性質(zhì)稱為塑性。晶體材料的塑性變形是形成聲發(fā)射源的—個(gè)重要機(jī)制之一，當(dāng)許多金屬材料在拉伸變形時(shí)，可以看到在屈服點(diǎn)附近出現(xiàn)聲發(fā)射計(jì)數(shù)率高峰，在進(jìn)入加硬化階段，聲發(fā)射計(jì)數(shù)率急劇減少。塑性變形包括位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、滑移、孿晶變形。2.裂紋的形成和擴(kuò)展裂紋的形成和擴(kuò)展也是一種主要的聲發(fā)射，尤其對(duì)無損檢測(cè)更為重要。裂紋的形成和擴(kuò)展與材料的塑性變形有關(guān)，一旦裂紋形成，材料局部地區(qū)的應(yīng)力集中得到卸載，產(chǎn)生聲發(fā)射。材料的斷裂過程大體上可分為三個(gè)階段：①裂紋成核；②裂紋擴(kuò)展；③最終斷裂。這三個(gè)階段都可以成為強(qiáng)烈的聲發(fā)射源。關(guān)于裂紋的形成已經(jīng)提出過不少模型，如位錯(cuò)塞積理論、位錯(cuò)反應(yīng)理論和位錯(cuò)銷毀理論等，這些模型都得到一部分試驗(yàn)事實(shí)的支持。在微觀裂紋擴(kuò)展成為宏觀裂紋之前，需要經(jīng)過裂紋的慢擴(kuò)展階段。理論計(jì)算表明，裂紋擴(kuò)展所需要的能量比裂紋形成需要的能量約大100倍到1000倍。裂紋擴(kuò)展是間斷進(jìn)行的，大多數(shù)金屬都具有一定的塑性，裂紋向前擴(kuò)展一步，將積蓄的能量釋放出來，裂紋尖端區(qū)域卸載。這樣，裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的聲發(fā)射很可能比裂紋形成的聲發(fā)射還大得多。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到接近臨界裂紋長度時(shí)，就開始失穩(wěn)擴(kuò)展，成為快速斷裂。這時(shí)產(chǎn)生的聲發(fā)射強(qiáng)度更大，如斷裂韌性試驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生人耳可以聽得見的聲音。3.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聲發(fā)射源高強(qiáng)度、高模量、脆性的增強(qiáng)劑（纖維）均勻地與低強(qiáng)度、低模量、韌性的基體相結(jié)合而組成的纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料，由于它能發(fā)揮材料的綜合優(yōu)良性能，憑借其高的強(qiáng)度和比模量及良好的抗疲勞性和成形工藝性在航空航天工業(yè)中得了大量應(yīng)用，并在某些關(guān)鍵部位代替了金屬材料。但是，復(fù)合材料通常是以交錯(cuò)疊層的形式構(gòu)成整體來承受使用載荷的。高的比強(qiáng)度和比模量是用復(fù)雜而高價(jià)的三維編織技術(shù)來達(dá)到的，從而構(gòu)成了復(fù)合材料的各向異性。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在受力并產(chǎn)生破壞的過程中會(huì)出現(xiàn)大量的聲發(fā)射，其強(qiáng)度和數(shù)量都比金屬材料的聲發(fā)射大得多。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聲發(fā)射源包括纖維斷裂、基材斷裂、纖維/基材分離、分層擴(kuò)展、纖維抽出及界面分離。根據(jù)持續(xù)時(shí)間的長短，超聲波可以分為連續(xù)波和脈沖波。連續(xù)波指介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為無窮的波動(dòng)，如圖2-2所示。脈沖波是指振動(dòng)持續(xù)時(shí)間有圖2-2連續(xù)波時(shí)域圖圖2-3脈沖波時(shí)域圖按照傅里葉分析方法可知，一個(gè)脈沖波可以分解為多個(gè)不同頻率諧振波的疊加，如圖2-4所示。可以看出，以時(shí)間為自變量的一個(gè)復(fù)雜波形，其實(shí)包含著圖2-4一個(gè)時(shí)域波形的諧波組成一系列不同頻率的正弦（或余弦）波，這些頻率成分及其幅度均可以在頻域中給出清晰地描述。圖2-5給出了超聲檢測(cè)中1MHz的脈沖波與其中包含的正弦波之間的關(guān)系。可以看出，此處1MHz的脈沖波由波疊加而成。為合成某一脈沖，需要一系列的正弦波，且要合成的脈沖寬度越窄，需要的正弦子波數(shù)量越多。這些子波具有與中心頻率不因此在傳播條件不合適時(shí)會(huì)產(chǎn)生畸變，通常使脈沖寬度變寬。在實(shí)際超聲檢測(cè)中，一般都是使用脈沖超聲波。隨著超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，理論和實(shí)踐都表明，有必要再將超聲波分成寬脈沖與窄脈沖兩大類。根據(jù)發(fā)射脈沖周期個(gè)數(shù)的不同，脈沖波可分為寬脈沖和窄脈沖。超聲波脈沖由檢測(cè)頻率下的幾個(gè)聲能循環(huán)組成。材料內(nèi)的脈沖所占用空間的大小叫作“脈沖寬度”。從物理意義上來說，它等于脈沖的循環(huán)數(shù)乘以測(cè)試材料中該頻率下的波長，數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中：W為脈沖寬度；n為脈沖的循環(huán)數(shù)；λ為波長。由式（2-1）可知，同頻率下，脈沖的循環(huán)數(shù)越大則脈沖寬度越寬。在頻譜分析中，另一概念是頻帶寬度。脈沖寬度和頻帶寬度分別是在時(shí)域和頻域描述信號(hào)特征的兩個(gè)重要參量，兩者互為反比的關(guān)系。寬度越窄，對(duì)應(yīng)的頻帶越寬；反之，脈沖寬度越寬，頻帶越窄。利用頻譜分析方法進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，為了得到盡可能寬的頻帶，通常使用脈沖寬度窄的探頭。圖2-6給出了脈沖循環(huán)數(shù)為3和7的兩個(gè)超聲波信號(hào)及其頻譜。觀察發(fā)現(xiàn)，循環(huán)數(shù)為3的脈沖寬度較窄，對(duì)應(yīng)的6dB帶循環(huán)數(shù)為7的脈沖寬度較寬，對(duì)應(yīng)的6d應(yīng)當(dāng)明確指出，脈沖的尖銳程度，主要決定于頻帶寬度，而不只是頻率的其頻率成分差別有多大，其有效長度是相同的。下面通過圖2-7來進(jìn)一步說明。其中，圖2-7a、c、e所示分別是3個(gè)脈沖圖2-7a、c所示的脈沖盡管主頻相同，但脈沖寬度不同，反映在頻譜上，兩者圖2-6不同脈沖循環(huán)數(shù)的脈沖波及其頻譜圖2-7子波的主頻、頻帶寬度和延續(xù)時(shí)間的關(guān)系a）、b）寬頻帶脈沖及其頻譜（主頻f0）c）、d）窄頻帶脈沖及其頻譜（主頻f0）e）、f）寬頻帶脈沖及其頻譜（主頻f1，f1>f0）帶寬度差異非常明顯。對(duì)于圖2-7c、e所示脈沖而言，兩者雖然具有相同的脈沖寬度和頻帶寬度，但主頻f0、f1相差較大，頻譜成分在頻域內(nèi)所占的區(qū)間不同。另外，對(duì)于包含同樣周期數(shù)的脈沖，頻率較高時(shí)，脈沖寬度較小，入射面分辨率較好。因此，在要求入射面分辨力高的情況下，也常常選用高頻探頭。但不同探頭的性能差異較大，由于阻尼不同，有的高頻探頭也不一定比低頻探頭脈沖窄。波源處的聲發(fā)射波形，一般為寬頻帶尖脈沖，包含著波源的定量信息。然而，所測(cè)得信號(hào)波形，由于介質(zhì)的傳播特性和傳感器頻響特性之影響而變得非常復(fù)雜，與原波形有很大不同。從而很大程度上淡化了所測(cè)得波形特性參數(shù)的物理意義。因此，波的傳播對(duì)波形的影響，是在試驗(yàn)條件設(shè)置、數(shù)據(jù)分析及評(píng)價(jià)中均需考慮的基本問題。1.波的傳播模式聲發(fā)射波在介質(zhì)中的傳播，根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和傳播方向的不同，可構(gòu)成縱波、橫波、表面波、板波等不同傳播模式。（1）縱波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向平行。圖2-8為縱波傳播示意圖。t=0時(shí)各質(zhì)點(diǎn)都處于平衡位置，設(shè)當(dāng)振源開始作振動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1受到向右的力，開始向右移動(dòng)，由于彈性力的作用相鄰質(zhì)點(diǎn)也發(fā)生移動(dòng)，但在時(shí)間上要稍遲一些。經(jīng)過一段時(shí)間后t=T/4時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1已達(dá)到向右的最大位移，由于彈性力的作用正要向左運(yùn)動(dòng)；而質(zhì)點(diǎn)4受到彈性力的作用才開始向右移動(dòng)。再經(jīng)過一段時(shí)間到t=T/2時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1已回到平衡時(shí)的位置，但因動(dòng)。當(dāng)t=T時(shí)，質(zhì)點(diǎn)1回到平衡位置，完成一個(gè)周期的振動(dòng)，彈性力使13將要開始向右運(yùn)動(dòng)。由此可見，這種波的傳播方向是與質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相一致的，這樣的波稱為縱波?？v波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)的稠密部分和稀疏部分，故又稱疏密波。（2）橫波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直。圖2-9為橫波傳播示意圖。各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況與縱波情況相似。但由于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向?qū)Σǖ膫鞑シ较蚴菣M向的，則這種波稱為橫波。橫波在介質(zhì)中傳播時(shí)介質(zhì)會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生交變的剪切形變，故又稱剪切波或切變波。因?yàn)橐后w和氣體中缺乏恢復(fù)橫向運(yùn)動(dòng)的圖2-8縱波傳播示意圖彈性力，所以液體和氣體中不存在橫波，即橫波只能在固體中傳播。（3）表面波（瑞利波）在半無限大固體介質(zhì)與氣體介質(zhì)的交界面上，可圖2-10為瑞利波傳播示意圖，圖中標(biāo)示出了瞬時(shí)的質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)位移狀態(tài)；在右側(cè)的橢圓表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的軌跡，它在固體（鋼）表面（xz平面）沿x方向傳播。質(zhì)點(diǎn)只在xy平面內(nèi)做橢圓振動(dòng)，橢圓的長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于傳播方向。表面波沿深度約為1～2個(gè)波長的固體近表面?zhèn)鞑ィǖ哪芰侩S傳播深度增加而迅速減弱。橢圓運(yùn)動(dòng)可視為縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)的合成，即縱波和橫波的合成。因此，瑞利波和橫波一樣只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體或氣體介質(zhì)中傳播。（4）板波如果固體物質(zhì)的尺寸進(jìn)一步受到限制而成為板狀，則當(dāng)板厚小到某一程度時(shí)，瑞利波就不會(huì)存在而只能產(chǎn)生各種類型的板波。板波中最主要圖2-9橫波傳播示意圖圖2-10瑞利波傳播示意圖的一種是蘭姆波（圖2-11且通常所說的板波即指蘭姆波。蘭姆波是縱波與橫波組合的波，它只能在固體薄板中傳播，質(zhì)點(diǎn)做橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)。按質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)特點(diǎn)可分為對(duì)稱型（膨脹波）和非對(duì)稱型（彎曲波）兩種。2.波的傳播速度波的傳播速度，是與介質(zhì)的彈性模具和密度有關(guān)的材料特性，因而不同的材料，波速也不同；不同的傳播模式也具有不同的傳播速度。在均勻介質(zhì)中，縱波與橫波的速度分別可用式（2-2）表達(dá)。圖2-11蘭姆波傳播示意圖式中：v1為縱波速度；vt為橫波速度；σ為泊松比；E為彈性模量；G為切變模量；ρ為密度。在同種材料中，不同模式的波速之間有一定比率關(guān)系。例如：橫波速度約為縱波速度的60%，表面波速度約為橫波的90%?？v波、橫波、表面波的速度與波的頻率無關(guān)，而板波的速度則與波的頻率有關(guān)，即具有頻散現(xiàn)象，約分布在縱波速度和橫波速度之間。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，傳播速度受到諸如材料類型、各向異性、結(jié)構(gòu)形狀與尺寸、介質(zhì)等多種因素的影響，因此傳播速度實(shí)為一種易變量。波的傳播速度等于頻率與波長的乘積，即式中：v為波的傳播速度；f為波的頻率；λ為波的波長。傳播速度主要用于聲發(fā)射源的時(shí)差定位計(jì)算，而其不確定性成為影響源定位精度的主要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，波速難以用理論計(jì)算，需用試驗(yàn)測(cè)量。例如：在被檢件表面上，用筆芯模擬源和聲發(fā)射儀時(shí)差測(cè)量功能，測(cè)得兩個(gè)傳感器之間的時(shí)差，再用傳感器間距除以時(shí)差即可得到波速。以實(shí)測(cè)波速算出的定位精度一般可在傳感器間距的1%～10%內(nèi)變化。就常見容器類二維結(jié)構(gòu)而言，表面波或板波的傳播衰減遠(yuǎn)小于縱波和橫波，而可傳播更遠(yuǎn)的距離，并常成為主要的傳播模式。多數(shù)金屬容器中，典型傳播速度約為3000m/s。在無法測(cè)得波速的情況下，?？梢源俗鳛槎ㄎ挥?jì)算的初設(shè)值。在復(fù)合材料中，特別是纖維纏繞的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，聲波的傳播存在各向異性，即不同的方向聲波傳播速度不同，這對(duì)復(fù)合材料中進(jìn)行時(shí)差定位造成了困難。3.波的反射、折射與模式轉(zhuǎn)換固體介質(zhì)中局部變形時(shí)，不僅產(chǎn)生體積變形，而且產(chǎn)生剪切變形。因此，將激起兩種波，即縱波（壓縮波）和橫波（切變波且它們以不同的速度在介質(zhì)中傳播；當(dāng)遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和折射。任何一種波在界面上反射時(shí)要發(fā)生波形變換，同時(shí)出現(xiàn)縱波和橫波，各自按照反射與折射定律反射和折射，但在全內(nèi)反射時(shí)也會(huì)出現(xiàn)非均勻波。在半無限體自由表面上，一定的條件下還可轉(zhuǎn)換成表面波，如圖2-12所示。厚度接近波長的薄板中，又會(huì)產(chǎn)生板波。圖2-12波的反射與模式轉(zhuǎn)換O—源波L—縱波S—橫波R—表面波若在半無限大固體中的某一點(diǎn)產(chǎn)生聲發(fā)射波，當(dāng)傳播到表面上某一點(diǎn)的時(shí)候，縱波、橫波和表面波相繼到達(dá)，互相干涉呈現(xiàn)復(fù)雜的模式（圖2-12）。與地震的情況一樣，首先到達(dá)的是縱波，其次到達(dá)的是橫波，最后到達(dá)的是表面波。在實(shí)際的聲發(fā)射應(yīng)用中，能夠把檢測(cè)對(duì)象看作無限大介質(zhì)的情況不多，經(jīng)常遇到的是像高壓容器那樣的厚鋼板。聲發(fā)射波在厚鋼板中的傳播方式如圖2-13所示。波在傳播過程中，在兩個(gè)界面上發(fā)生多次反射，每次反射都要發(fā)生模式變換，這樣傳播的波稱為循軌波。即圖2-13聲發(fā)射波在厚鋼板中的傳播方式從聲源發(fā)出單一頻率的波，經(jīng)過循軌波的傳播后具有復(fù)雜的特性。因此，要處理像聲發(fā)射波這樣的過渡現(xiàn)象，是十分困難的。粗略地講，循軌波的視在傳播速度與橫波的傳圖2-13聲發(fā)射波在厚鋼板中的傳播方式聲發(fā)射波經(jīng)界面反射、折射和模式轉(zhuǎn)換，各自以不同波速、不同波程、不同時(shí)序到達(dá)傳感器。因而，波源所產(chǎn)生的一尖脈沖波到達(dá)傳感器時(shí)，可以縱波、橫波、表面波或板波及其多波程遲達(dá)波等復(fù)雜次序，并分離成數(shù)個(gè)尖脈沖，或經(jīng)相互疊加而成為持續(xù)時(shí)間很長的復(fù)雜波形，有時(shí)長達(dá)數(shù)毫秒。在鈦合金氣瓶上，對(duì)鉛筆芯模擬源的響應(yīng)波形的分離與持續(xù)時(shí)間關(guān)系，如圖2-14所示。此外，再加上后述傳感器頻響特性及傳播衰減等的影響，信號(hào)波形的上升幅度下降，持續(xù)時(shí)間變長，到達(dá)時(shí)間延遲，頻率成分向低頻偏移。這種變化，不僅對(duì)聲發(fā)射波形的定量分析，而且對(duì)波形的常規(guī)參數(shù)分析也帶來復(fù)雜的影響，圖2-14鉛筆芯模擬源響應(yīng)波形的分離與持續(xù)時(shí)間關(guān)系應(yīng)予以充分注意。4.波的傳播衰減波的傳播衰減是指波的幅度隨傳播距離的增加而下降的現(xiàn)象。引發(fā)聲發(fā)射波傳播衰減的五個(gè)主要機(jī)制為波的幾何擴(kuò)展、材料吸收和散射，以及其他因素和實(shí)際結(jié)構(gòu)中的衰減。（1）幾何擴(kuò)展衰減由于聲發(fā)射波從波源向各個(gè)方向擴(kuò)展，從而隨傳播距離的增加，波陣面的面積逐漸擴(kuò)大使單位面積上的能量逐漸減少，造成波的幅度下降。擴(kuò)展衰減與傳播介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，主要取決于介質(zhì)的幾何形狀（或波陣面它主要控制著近場(chǎng)區(qū)的衰減。一般而言，一局部源所產(chǎn)生體波（縱波與橫波）的幅度下降與傳播距離成反比，而表面波和板波則與傳播距離平方根成反比。如棒、桿等一維介質(zhì)中，幾何擴(kuò)展衰減小于二維和三維介質(zhì)。在小型球類容器中，由于波陣面隨傳播距離先擴(kuò)展而后收縮，波的幅度也相隨而波動(dòng)，例如：從南極點(diǎn)所產(chǎn)生的波的幅度，到赤道線處變得最小，而到北極點(diǎn)又會(huì)擴(kuò)大。（2）材料吸收衰減波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦（黏彈性）和熱傳導(dǎo)等因素，部分波的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱量等其他能量，使波的幅度隨傳播距離以指數(shù)下降。其衰減率取決于材料的黏彈性等性質(zhì)，并與波的頻率有關(guān)，近似與頻率成正比。這種能量損失機(jī)制主要控制著遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的衰減。（3）散射衰減波在傳播過程中，遇到不均勻聲阻抗界面時(shí)，發(fā)生波的不規(guī)則反射（稱為散射使波源原傳播方向上的能量減少。如粗晶、夾雜、異相物、氣孔等是引起散射衰減的主要材質(zhì)因素。（4）其他因素即：①頻散，在一些構(gòu)件中，不同頻率成分的波以不同的速度傳播（頻散效應(yīng)引起波形的分離或擴(kuò)展，從而使波的峰幅度下降；②相鄰介質(zhì)“泄漏”，即由于波向相鄰介質(zhì)“泄漏”而也造成波的幅度下降，如容器中的水介質(zhì)；③障礙物，即容器上的接管、人孔等障礙物也可造成幅度下降。（5）實(shí)際結(jié)構(gòu)中的衰減實(shí)際結(jié)構(gòu)中，波的衰減機(jī)制很復(fù)雜，難以用理論計(jì)算，只能用試驗(yàn)測(cè)得。例如：在被檢件表面上，利用鉛筆芯模擬源和聲發(fā)射儀，按一定的間距測(cè)得幅度（dB）-距離（cm）的曲線。圖2-15示出了長12.2cm、內(nèi)徑1.2cm、厚度12.5cm的氣壓容器封頭上，用不同頻率測(cè)得的幅度-距離衰減曲線。圖2-15氣壓容器封頭上的幅度-距離衰減曲線波的傳播衰減的大小，關(guān)系到每個(gè)傳感器可監(jiān)視的距離范圍，且在源定位中成為確定傳感器間距或工作頻率的關(guān)鍵因素。在實(shí)際應(yīng)用中，為減少波的傳播衰減的影響常采取的措施，包括降低傳感器頻率或減小傳感器間距。例如：對(duì)復(fù)合材料的局部監(jiān)視通常采用150kHz的高頻傳感器，而大面積監(jiān)視則采用30kHz的低頻傳感器；對(duì)大型構(gòu)件的整體檢測(cè)，可相應(yīng)增加傳感器的數(shù)量。聲發(fā)射波在小試件中傳播時(shí)，由于傳播距離短，故衰減小。對(duì)于一個(gè)聲發(fā)射脈沖，不僅在側(cè)面且在兩個(gè)端面多次反射，疊加在一起形成持續(xù)時(shí)間很長的多次反射波，其結(jié)果使聲發(fā)射脈沖激勵(lì)試件的固有振動(dòng)模式在共振頻率附近的振動(dòng)增強(qiáng)。2.1.5聲源與聲場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型1.聲波的幾何描述波源處的聲發(fā)射波形包含著波源的定量信息，用聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的波形由于介質(zhì)的傳播特性和傳感器特性的影響變得非常復(fù)雜。為了準(zhǔn)確得到所測(cè)波形的特性參數(shù)，必須對(duì)波的幾何描述有所了解。當(dāng)波源在彈性介質(zhì)中振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)狀態(tài)將向各方向傳播。為了形象地描述某時(shí)刻振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播到各點(diǎn)的位置，則把該時(shí)刻振動(dòng)的傳播在各點(diǎn)的軌跡所組成的曲面稱為波前。各向同性介質(zhì)中的波如圖2-16所示。在描述波傳播時(shí)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)之間的位相關(guān)系，把振動(dòng)位相相同的各點(diǎn)組成的曲面稱為波面。對(duì)于給定的時(shí)刻，振動(dòng)傳播到各點(diǎn)的位置是唯一的，且振動(dòng)位相等于波源開始振動(dòng)時(shí)的位相，則波前對(duì)給定的時(shí)刻只有一個(gè)，即最前面的波面。而在任何時(shí)刻振動(dòng)位相相同的點(diǎn)的軌跡（即波面）卻是任意多的。圖2-16各向同性介質(zhì)中的波a）點(diǎn)波源b）球面波c）平面波如果波源的大小和形狀與波的傳播距離相比較可以忽略不計(jì)，則稱為點(diǎn)波源。對(duì)于各向同性的均勻彈性介質(zhì)（指介質(zhì)各個(gè)方向上的密度、彈性模量等都相同）而言，振動(dòng)由波源向各個(gè)方向傳播的速度是一樣的。因此，波前和波面是以點(diǎn)波源為中心的球面。若振動(dòng)離點(diǎn)波源極遠(yuǎn)時(shí)，則在一定范圍的局部區(qū)域若按波面的形狀將波進(jìn)行分類，波前為球面的波稱為球面波，波前為平面的波稱為平面波。波的傳播方向即為沿波的傳播方向做一系列直線，稱之為波線。在各向同性的介質(zhì)里，對(duì)于球面波，波線是沿各徑向的直線；對(duì)于平面波，波線是與波面垂直的一組平行直線。2.波動(dòng)方程波動(dòng)方程是聲場(chǎng)的基本關(guān)系式，它不僅是描述波運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)方程，也是計(jì)算聲學(xué)問題的基本關(guān)系式。在研究聲發(fā)射及信號(hào)處理問題中，具有重要意義。存在聲波的空間稱為聲場(chǎng)。描述聲場(chǎng)時(shí)間、空間變化規(guī)律和相互聯(lián)系的數(shù)學(xué)方程稱為聲波的波動(dòng)方程。一切簡單或復(fù)雜的聲學(xué)現(xiàn)象規(guī)律，乃至各種工程應(yīng)用都必須遵循聲波方程所描述的科學(xué)規(guī)律；聲發(fā)射現(xiàn)象也毫不例外地遵從這個(gè)規(guī)律。為簡化其數(shù)學(xué)處理，實(shí)際應(yīng)用中常對(duì)大多數(shù)聲學(xué)工程問題進(jìn)行簡化，但這些簡化并不能產(chǎn)生多大的作用。如一般假設(shè)理想流體介質(zhì)滿足三個(gè)基本物理定律：牛頓第二定律（壓力變化與質(zhì)點(diǎn)速度之間的關(guān)系）、質(zhì)量守恒定律（可壓縮介質(zhì)與質(zhì)點(diǎn)速度之間的關(guān)系）、熱力學(xué)定律（介質(zhì)中壓強(qiáng)變化與密度變化之間的關(guān)系再由三個(gè)基本定律得到的三個(gè)基本方程為運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)性方程和物態(tài)方程。（1）聲波方程1）一維聲波方程。假定介質(zhì)中傳播的是小幅聲波，即各聲學(xué)量都是一級(jí)微量。如聲壓遠(yuǎn)小于介質(zhì)中的靜態(tài)壓強(qiáng)；介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度遠(yuǎn)小于聲波的傳播速度；質(zhì)點(diǎn)位移遠(yuǎn)小于聲波波長；介質(zhì)密度變化量遠(yuǎn)小于靜態(tài)密度。若聲波僅在空間一個(gè)方向（如x方向）傳播，而在其他兩個(gè)方向y和z上聲場(chǎng)都是均勻的，則式中，c0為聲波在介質(zhì)中的傳播速度，簡稱為聲速（與介質(zhì)靜態(tài)物理特性有關(guān)式（2-4）即為一維的聲波方程。2）三維聲波方程。聲學(xué)工程實(shí)際表明，聲波不會(huì)常限于一維方向傳播。為普遍起見，在三維空間中，把一維的聲波方程推廣為三維聲波方程，即式中，▽2為拉普拉斯算子；在直角坐標(biāo)系中，▽（2）平面聲波平面聲波作為一種最簡單的聲波波形，在聲學(xué)工程中常作為分析聲學(xué)問題的起始點(diǎn)，可使問題大大簡化，并通過了解平面波的基本特性來認(rèn)識(shí)聲波。平面聲波是假設(shè)聲波僅沿x方向傳播的聲波，在yz平面上所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是均勻的，如質(zhì)點(diǎn)的振幅及相位均相同。深入了解平面聲波，理論上就是求解一維聲波方程[式（2-4）]，其適合聲學(xué)問題的解析表達(dá)式為j(ωt-kx2-6）數(shù)，c0為聲速；j為虛數(shù)符號(hào)，需要說明的是：式（2-6）表明，在忽略聲波傳播過程中，聲波沒有遇到反射體，則不會(huì)出現(xiàn)反射；只有向前行進(jìn)的波，簡稱行波。若求得聲壓p，即可得介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)速度為0式中，v0為質(zhì)點(diǎn)速度的幅值，與靜態(tài)壓強(qiáng)、介質(zhì)密度和聲速有關(guān)。理想介質(zhì)中，平面聲波質(zhì)點(diǎn)速度的幅值是不隨距離變化的常數(shù)，即聲波在傳播過程中無任何衰減。因?yàn)槔硐虢橘|(zhì)不存在黏滯損耗；同時(shí)平面聲波的波陣在傳播過程中一直保持平面不會(huì)擴(kuò)大，聲能量也不會(huì)隨距離的變化而變化。聲阻抗率即式中：Z稱為聲阻抗率；p為聲壓；v為質(zhì)點(diǎn)擾動(dòng)速度。在理想介質(zhì)中，聲阻抗率代表能量通過傳播從一處向毗鄰的另一處轉(zhuǎn)移，即傳播損耗。在平面聲場(chǎng)中，平面行波的聲阻抗率為式中，ρ0為介質(zhì)密度。聲阻抗率對(duì)聲波傳播有重要影響。在聲學(xué)中將稱為介質(zhì)的特性阻抗，其單位為Pa·s/m。3.聲場(chǎng)輻射（1）聲源輻射為便于探尋聲源的輻射規(guī)律，工程中常將復(fù)雜的面聲源視為無限多個(gè)點(diǎn)聲源的集合。設(shè)一半徑為r、表面做均勻微小脹縮振動(dòng)的球體，其緊鄰的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在其帶動(dòng)下隨之振動(dòng)，而產(chǎn)生輻射聲波。因球面的振動(dòng)具有各向均勻的脈動(dòng)性質(zhì)，所以，輻射聲波的波陣面是均勻球面球面聲輻射源的輻射規(guī)律以三維聲波描述比較方便，三維聲波方程的直角坐標(biāo)經(jīng)變換得對(duì)于均勻球面波，輻射空間中的聲音僅與徑向坐標(biāo)有關(guān)，而與極角θ及方位角φ無關(guān)，所以球坐標(biāo)下的聲波方程可簡化為（2）聲場(chǎng)輻射規(guī)律假設(shè)空間不存在反射面即無反射波，通過動(dòng)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)方程可得質(zhì)點(diǎn)沿徑向r的速度vr為式中：為聲壓增幅；A取決于球聲源表面的振動(dòng)狀況，A不僅與球源的振動(dòng)速度幅值成正比，還與聲波頻率、球源半徑等有關(guān)。如果球源振動(dòng)速度幅值相同，當(dāng)球源較小或振動(dòng)頻率較低時(shí)，輻射聲波的幅值較小；當(dāng)球源較大或頻率較高時(shí)，輻射聲波的幅值較大。如果大小一定的球源振動(dòng)速度幅值一定，則頻率越高，輻射聲壓幅值越大；頻率越低，輻射聲壓幅值越小。而對(duì)于一定頻率的聲源，則球源半徑越大，輻射聲波的幅值越大；反之，半徑越小，輻射聲波的幅值越小。聲輻射與聲源大小及聲波頻率的關(guān)系，在工程實(shí)踐和日常生活中具有普遍的意義?？梢钥闯觯}動(dòng)球聲源在自由空間的輻射遵從下述規(guī)律：聲音強(qiáng)弱與徑向距離有關(guān)；聲壓振幅隨徑向距離反比例地減小，意味著在球面聲場(chǎng)中離聲源越遠(yuǎn)，聲音越弱。球面聲波的這一重要特性，即輻射聲場(chǎng)的這一規(guī)律已為人們生活常識(shí)所證明。例如：人們低頻聲音說話時(shí)的聲波可視為球面聲源，聲波的球面波向周圍傳播；距離越近，聲音較強(qiáng)；距離越遠(yuǎn)，聲音就顯得越弱。（3）聲輻射阻抗與力學(xué)中的質(zhì)量、彈簧、阻尼與振動(dòng)速度的關(guān)系類似，當(dāng)聲源向介質(zhì)輻射聲波時(shí)，介質(zhì)相當(dāng)于由一等效力阻和等效質(zhì)量塊所組成的系統(tǒng)，也要“消耗”能量及對(duì)聲源產(chǎn)生附加質(zhì)量。聲源在介質(zhì)中振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生輻射阻和輻射抗，這也是聲輻射的重要特性之一。2.1.6影響聲發(fā)射特性的因素聲發(fā)射來自材料的變形與斷裂機(jī)制，因而所有影響變形與斷裂機(jī)制的因素均構(gòu)成影響聲發(fā)射特性的因素。1）材料，包括成分、組織、結(jié)構(gòu)。例如：金屬材料中的晶格類型、晶粒尺寸、夾雜、第二相、缺陷、復(fù)合材料中的基材、增強(qiáng)劑、界面、纖維方向、輔層、殘余應(yīng)力等。2）試件，包括尺寸與形狀。3）應(yīng)力，包括應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變率、受載歷史。4）環(huán)境，包括溫度、腐蝕介質(zhì)。這些因素，對(duì)合理選擇檢測(cè)條件，正確解釋檢測(cè)結(jié)果，均為需考慮的基本問題。影響聲發(fā)射強(qiáng)度的主要因素見表2-1。表2-1影響聲發(fā)射強(qiáng)度的主要因素類型產(chǎn)生高強(qiáng)度的因素產(chǎn)生低強(qiáng)度的因素材料特性高強(qiáng)度各向異性不均勻性焊縫或鑄造組織粗晶粒有缺陷有夾雜或第二相低溫度各向同性均勻鍛造組織細(xì)晶粒無缺陷無夾雜或第二相應(yīng)力狀態(tài)厚斷面或平面應(yīng)變無預(yù)載高應(yīng)變率薄斷面或平面應(yīng)力有預(yù)載低應(yīng)變率變形和斷裂方式裂紋擴(kuò)展解理斷裂纖維斷裂馬氏體相變孿晶變形位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)剪切斷裂基材開裂擴(kuò)散型相變滑移變形環(huán)境低溫腐蝕介質(zhì)高溫非腐蝕介質(zhì)在示波器上觀察到的傳感器輸出聲發(fā)射信號(hào)有兩種基本類型：突發(fā)型和連突發(fā)型信號(hào)，指在時(shí)域上可分離的波形。實(shí)際上，所有聲發(fā)射源過程，均為突發(fā)過程，如斷續(xù)的裂紋擴(kuò)展、復(fù)合材料的纖維斷裂等。不過，當(dāng)聲發(fā)射頻度高達(dá)時(shí)域上不可分離的程度時(shí)，就以連續(xù)型信號(hào)顯示出來，如塑性變形聲發(fā)射過程前期的信號(hào)、泄漏信號(hào)、燃燒信號(hào)等。在實(shí)際檢測(cè)中，也會(huì)出現(xiàn)其混合型。對(duì)不同的信號(hào)類型，要采用不同的信號(hào)處理方法。早期的通用系統(tǒng)，多以突發(fā)型信號(hào)檢測(cè)為主，而在一些專用檢測(cè)儀中設(shè)有連續(xù)型信號(hào)的檢測(cè)功能。近年來的通用系統(tǒng)，已經(jīng)可以同時(shí)采集兩類信號(hào)了。由于材料不同及工藝、形狀尺寸差異等原因，材料中或多或少存在一定缺陷，并在一定條件下就會(huì)有聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生。同時(shí)，因?yàn)椴牧辖缑娑纬蓚鬏斔p、折射效應(yīng)等，以及因?yàn)楫a(chǎn)生摩擦信號(hào)、機(jī)械噪聲、電磁噪聲、環(huán)境噪聲等共同疊加在檢測(cè)信號(hào)中，這會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提出一個(gè)問題，即如何從檢測(cè)到的信號(hào)中將真正有用的表征不同類型缺陷的聲發(fā)射信號(hào)提取出來。一般認(rèn)為，超過門檻的聲發(fā)射信號(hào)由特征提取電路變換為幾個(gè)信號(hào)特性參數(shù)。連續(xù)信號(hào)參數(shù)包括振鈴計(jì)數(shù)、平均信號(hào)電平和有效值電壓，而突發(fā)信號(hào)參數(shù)包括撞擊（事件）計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、幅度、能量計(jì)數(shù)、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和時(shí)差。常用突發(fā)信號(hào)特性參數(shù)如圖2-19所示。撞擊（hit）是指通過門檻并導(dǎo)致一個(gè)系統(tǒng)通道累計(jì)數(shù)據(jù)的任一聲發(fā)射信號(hào)。撞擊計(jì)數(shù)（hits）則是系統(tǒng)對(duì)撞擊的累計(jì)計(jì)數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率。計(jì)數(shù)率是指單位時(shí)間的累計(jì)個(gè)數(shù)。前面已講過聲發(fā)射事件，當(dāng)一個(gè)聲發(fā)射事件發(fā)生時(shí)，信號(hào)通過介質(zhì)傳播可能被幾個(gè)傳感器接收并形成幾個(gè)撞擊，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)而言，一個(gè)聲發(fā)射事件是指一個(gè)或幾個(gè)撞擊所鑒別出來的一次材料局部變化。因此，聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)即是檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鑒別出來的聲發(fā)射事件的累計(jì)結(jié)果，它也分為圖2-19突發(fā)信號(hào)特性參數(shù)總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率兩種。聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)不僅可以反映聲發(fā)射事件的總量，還可以反映聲發(fā)射事件的頻度，主要用于聲發(fā)射源的活動(dòng)性和定位集中度的評(píng)價(jià)。同樣，撞擊計(jì)數(shù)也可以反映聲發(fā)射活動(dòng)的總量和頻度，通常用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)。振鈴計(jì)數(shù)是最通用的聲發(fā)射評(píng)估技術(shù)。當(dāng)一個(gè)事件撞擊傳感器時(shí)，它使傳感器產(chǎn)生振鈴。所形成的超過閾值的電信號(hào)的每一振蕩波均記為一個(gè)振鈴計(jì)數(shù)。振鈴計(jì)數(shù)就是越過門檻信號(hào)的振蕩次數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率。振鈴計(jì)數(shù)的引入使信號(hào)處理簡化，適宜于表征突發(fā)聲發(fā)射和連續(xù)聲發(fā)射兩類信號(hào)，又能粗略反映信號(hào)強(qiáng)度和頻度，因而廣泛用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)。但同樣的信號(hào)在門檻不同時(shí)振鈴計(jì)數(shù)會(huì)不同，若將門檻提高，振鈴計(jì)數(shù)會(huì)有所減少，而且受門檻髙低偏差而變化較大。幅度是聲發(fā)射信號(hào)的重要參數(shù)，與事件的大小有直接的關(guān)系，不受門檻的影響，直接決定事件的可測(cè)性。常用于信號(hào)源的類型鑒別，強(qiáng)度及衰減的測(cè)量。4.有效值電壓和平均信號(hào)電平有效值電壓（RMS）是采樣時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平的均方根值，以V表示，與聲發(fā)射的大小有關(guān)。其測(cè)量簡便，不受門檻的影響，適用于連續(xù)型信號(hào)，以及主要用于連續(xù)型聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)。平均信號(hào)電平（ASL）是采樣時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平的均值，以dB表示。提供的信息和應(yīng)用與RMS相似，對(duì)幅度動(dòng)態(tài)范圍要求高而時(shí)間分辨率要求不高的連續(xù)型信號(hào)尤為有用。也用于背景噪聲水平的測(cè)量。持續(xù)時(shí)間是事件信號(hào)第一次越過門檻至最終降至門檻所歷經(jīng)的時(shí)間間隔，以μs表示。它與振鈴相關(guān)，近似于振鈴計(jì)數(shù)與傳感器每一次振蕩時(shí)間周期的乘積。與振鈴計(jì)數(shù)十分相似，但常用于特殊波源類型和噪聲的鑒別。能量計(jì)數(shù)是事件信號(hào)檢波包絡(luò)線下的面積，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率。能量計(jì)數(shù)可以反映事件的相對(duì)能量或強(qiáng)度，對(duì)門檻、工作頻率和傳播特性不甚敏感，可取代振鈴計(jì)數(shù)，也用于波源的類型鑒別。7.其他聲發(fā)射參數(shù)1）上升時(shí)間（risetion是事件信號(hào)第一次越過門檻至最大振幅所歷程的時(shí)間間隔，以μs表示；表示信號(hào)超過門檻水平到峰值所經(jīng)過的時(shí)間。因易受傳播的影響而其物理意義變得不明確，有時(shí)用于機(jī)電噪聲鑒別以濾除機(jī)械噪聲和電子噪聲。2）時(shí)差：同一個(gè)聲發(fā)射波到達(dá)各傳感器的時(shí)間差，以μs表示?？梢愿鶕?jù)時(shí)差大小、傳感器間距和傳播速度計(jì)算出聲發(fā)射波源的位置，進(jìn)而可以預(yù)測(cè)缺陷位置作進(jìn)一步檢測(cè)分析。3）外變量：試驗(yàn)過程外加變量，包括歷程時(shí)間、載荷、位移、溫度及疲勞周次等。不屬于信號(hào)參數(shù)，但屬于撞擊信號(hào)參數(shù)的數(shù)據(jù)集，可以用于聲發(fā)射活動(dòng)性分析，以了解試驗(yàn)過程中外變量的變化與聲發(fā)射參數(shù)的相互關(guān)系。常用信號(hào)特性參數(shù)的含義和用途見表2-2。表2-2聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)參數(shù)含義特點(diǎn)與用途撞擊（hit）和撞擊計(jì)數(shù)撞擊（hit）是通過門檻并導(dǎo)致一個(gè)系統(tǒng)通道的任—聲發(fā)射信號(hào)。撞擊計(jì)數(shù)（hits）則是系統(tǒng)對(duì)撞擊的累計(jì)計(jì)數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率反映聲發(fā)射活動(dòng)的總量和頻度，常用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)事件計(jì)數(shù)由一個(gè)或幾個(gè)撞擊鑒別所得聲發(fā)射亊件的個(gè)數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率。一陣列中，一個(gè)或幾個(gè)撞擊對(duì)應(yīng)一個(gè)亊件反映聲發(fā)射事件的總量和頻度，用于源的活動(dòng)性和定位集中度評(píng)價(jià)振鈴計(jì)數(shù)越過門檻信號(hào)的振蕩次數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率信號(hào)處理簡便，適于兩類信號(hào)，又能粗略反映信號(hào)強(qiáng)度和頻度，因而廣泛用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)，但甚受門檻的影響幅度事件信號(hào)波形的最大振幅值，通常用與事件的大小沒有直接的關(guān)系，不受門檻的影響，直接決定事件的可測(cè)性，常用于波源的類型鑒別、強(qiáng)度及衰減的測(cè)量參數(shù)含義特點(diǎn)與用途能量計(jì)數(shù)事件信號(hào)檢波包絡(luò)線下的面積，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率反映事件的相對(duì)能量或強(qiáng)度，對(duì)門檻、工作頻率和傳播特性不甚敏感，可取代振鈴計(jì)數(shù)，也用于波源的類型鑒別持續(xù)時(shí)間事件信號(hào)第一次越過門檻至最終降至門檻所歷程的時(shí)間間隔，以μs表示與振鈴計(jì)數(shù)十分相似，但常用于特殊波源類型和噪聲的鑒別上升時(shí)間事件信號(hào)第一次越過門檻至最大振幅所歷程的時(shí)間間隔，以μs表示因易受傳播的影響而其物理意義變得不明確，有時(shí)用于機(jī)電噪聲鑒別采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)電平的均方根值，以V表示與聲發(fā)射的大小有關(guān)。測(cè)量簡便，不受門檻的影響，適用于連續(xù)型信號(hào)，主要用于連續(xù)型聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)電平的均值，以dB表示提供的信息和應(yīng)用與RMS相似。對(duì)幅度動(dòng)態(tài)范圍要求高而時(shí)間分辨率要求不高的連續(xù)型信號(hào)，尤為有用。也用于背景噪聲水平的測(cè)量時(shí)差同一個(gè)聲發(fā)射波到達(dá)各傳感器的時(shí)間決定于波源的位置、傳感器間距和傳播速度，用于波源的位置計(jì)算外變量試驗(yàn)過程外加變量，包括歷程時(shí)間、載荷、位移、溫度及疲勞周次不屬于信號(hào)參數(shù)，但屬于撞擊信號(hào)參數(shù)的數(shù)據(jù)集，用于聲發(fā)射活動(dòng)性分析1.聲發(fā)射噪聲的類型噪聲來源類型包括機(jī)械噪聲和電磁噪聲。機(jī)械噪聲是指由于物體間的撞擊、摩擦、振動(dòng)所引起的噪聲；而電磁噪聲是指由于靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)所引起的噪聲。2.噪聲的來源聲發(fā)射檢測(cè)過程中常見的電磁噪聲來源：①由于前置放大器引起的不可避免的本底電子噪聲；②因檢測(cè)系統(tǒng)和試件的接地不當(dāng)而引起地回路噪聲；③因環(huán)境中電臺(tái)和雷達(dá)等無線電發(fā)射器、電源干擾、電開關(guān)、繼電器、電動(dòng)機(jī)、焊接、電火花、打雷等引起的電噪聲。聲發(fā)射檢測(cè)過程中常見的機(jī)械噪聲來源主要有三個(gè)方面：摩擦引起的噪聲、撞擊引起的噪聲、流體過程產(chǎn)生的噪聲。即：①摩擦噪聲，加載裝置在加載過程中的由于相對(duì)機(jī)械滑動(dòng)引起的聲響，包括試樣夾頭、施力點(diǎn)、容器支架、螺釘、裂紋面的閉合與摩擦等；②撞擊噪聲，包括雨、雪、風(fēng)沙、振動(dòng)及人為敲打；③流體噪聲，包括高速流動(dòng)、泄漏、空化、沸騰、燃燒等。3.噪聲的排除方法噪聲的鑒別和排除，是聲發(fā)射技術(shù)的主要難題，現(xiàn)有許多可選擇的軟件和硬件排除方法。有些需在檢測(cè)前采取措施，而有些則要在實(shí)時(shí)或事后進(jìn)行。噪聲的排除方法、原理和適用范圍見表2-3。表2-3噪聲的排除方法、原理和適用范圍排除方法原理適用范圍頻率鑒別選擇濾波器，放傳感器前幅度鑒別調(diào)整固定或浮動(dòng)檢測(cè)門檻值低幅度機(jī)電噪聲前沿鑒別對(duì)信號(hào)波形設(shè)置上升時(shí)間濾波窗口來自遠(yuǎn)區(qū)的機(jī)械噪聲或電脈沖干擾主副鑒別用波到達(dá)主副傳感器的次序及其門電路，排除先到達(dá)副傳感器的信號(hào)，而只采集來自主傳感器附近的信號(hào)，屬空間鑒別噪聲符合鑒別用時(shí)差窗口門電路，只采集特定時(shí)差范圍內(nèi)的信號(hào)，屬空間鑒別