声学检测原理：声发射技术的特点及应用

声发射技术（Acoustic Emission，简称AE）是20世纪50年代后迅速发展起来的一种无损检测方法。声发射是一种常见的物理现象，如弯曲树枝会发出声音，树枝折断时，声音就更大。这种材料因受外力或内力作用产生变形或断裂，或者构件在受力状态下以弹性波形式释放应变能的现象，称为声发射现象。声发射检测的基本原理就是由外部条件（如力、热、电、磁等）的作用使物体发声，根据物体的发声推断物体的状态或内部结构的变化。由物体发射出来的每一个声信号都包含着反映物体内部缺陷性质和状态变化的信息。声发射检测就是接收这些信号，并加以处理、分析和研究，从而推断材料内部的状态变化。图2-20为声发射检测原理示意图。

图2-20 声发射检测原理示意图

锅炉在运行时，炉内管道充满高温、高压介质。如果发生泄漏，这些高温、高压介质就会通过裂缝或破口喷射出来形成喷流。喷流流入周围环境气流时，高速喷流介质和周围环境介质急剧混合，从而使得喷流边界层形成强烈的湍流脉动，产生频带较宽的喷流混合噪声。另外，泄漏同样也会在管道中激发出应力波，然后通过和管道相互作用，声源向外辐射能量形成声波。从广义上来讲，声波的这两种传播方式均可认为是声发射现象。只是在锅炉内部高温的工作环境下，泄漏声波会通过烟气到达声波传感器的检测技术更加成熟可靠。同时，锅炉正常运行时还会产生相当强的背景噪声。锅炉“四管”泄漏声学检测技术的基本原理就是在锅炉各个受热面及联箱处安装特制的声波传感器，采集炉内通过烟气传播的连续、非瞬态噪声信号，并分析处理，从而建立了锅炉“四管”泄漏的检测系统。传感器采集接收所有的现场声音数据，通过前置放大器将声音信号转变为电信号，并将此电信号远距离传输到控制室的检测系统上。检测系统对所采集到的电信号进行A/D转换，并由专门的计算机软件根据数学模型进行计算分析，区分出背景噪声和异常噪声，以此判断是否存在泄漏、泄漏的程度及泄漏发展趋势，进而发出报警。

声发射技术作为一种较新的检测方法，与常规的无损检测方法相比，有如下一些特点：

1）声发射是在材料或构件的缺陷发生变化时产生的，所以它是一种动态无损检测方法。即在构件或材料的内部结构、缺陷或潜在缺陷处于运动变化的过程中进行无损检测。它可以实时地反映缺陷的动态信息，实现实行检测。(www.xing528.com)

2）可对大型构件提供整体或大范围的快速检测。由于不进行复杂的检查操作，而只要布置好足够数量的传感器，就可确定缺陷区域，从而易于提高检测效率。

3）由于对被检材料的接近程度要求不高，因而适用于其他方法难于或不能接近环境下的检测，如高温、易燃、易爆等环境；而且声发射检测时不需要移动传感器，操作简便，灵敏度高。

4）除极少数材料外，金属和非金属材料在一定条件下都有声发射发生。所以，声发射的检测几乎不受材料的限制。

综上所述，声发射技术是根据结构缺陷发出的声波判断结构内部损伤程度的一种无损检测方法，它与超声、X射线等常规无损检测方法的主要区别在于声发射技术是一种动态无损检测方法，它能连续监测结构发生损伤的全过程。但在实际应用的过程中，声发射检测技术仍存在许多问题，如传感器的质量问题、背景噪声和泄漏噪声的区分处理、系统整体的可靠性、探头安装问题等。其中关键的问题之一是背景噪声和泄漏噪声的区分。由于炉内噪声的复杂性及汽、水泄漏噪声的频段差异，发生轻微泄漏时，很难准确地将锅炉泄漏噪声和背景噪声区分开，从而出现漏报和误报的情况。为了解决这些问题，有必要对锅炉泄漏声学检测技术做深入细致的实践研究。