声发射技术的发展历程

现代声发射技术始于凯塞（Kaiser）20世纪50年代初在德国所作的研究工作。他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属及合金在形变过程中都有声发射现象。凯塞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”。现在人们称声发射的这种不可逆现象为“凯塞效应”。凯塞同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。

20世纪50年代末和60年代，美国和日本许多声发射工作者在实验室中做了大量工作，研究了各种材料声发射源的物理机制，并初步应用于工程材料的无损检测领域。美国Dunegan对声发射技术的研究做过开拓性的工作，在他的研究工作之前，声发射检测多数都在声频范围进行，在排除噪声干扰方面遇到了困难。Dunegan等人把仪器测试频率提高到0.1～1MHz，这是声发射试验技术的重大进展。这种进展为声发射技术从实验室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。1964年，美国通用动力公司把声发射技术用于北极星导弹壳体的水压试验，这是声发射技术用于评价大型构件的结构完整性的第一个例子，它标志着声发射技术开始进入生产现场应用的新阶段。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。

20世纪70年代初，Dunegan等人开展了现代声发射仪器的研制。现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室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70年代和80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。

80年代初，美国PAC公司将现代计算机技术引入声发射检测系统，设计出了体积和质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80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及更高级的微处理器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。(www.xing528.com)

进入90年代，美国PAC公司、美国DW公司、德国VallenSysteme公司先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积更小、质量更轻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。

声发射技术于20世纪70年代初开始引入我国，当时正是我国断裂力学发展的高峰期，人们希望利用声发射预报和测量裂纹的开裂点，随后当时的中科院沈阳金属研究所、航天部703所、航天部44所、航空部621所、机械部合肥通用机械研究所、劳动部检测中心、上海交通大学、武汉大学、大庆石油机械学院等一些科研院所和大学开展了金属和复合材料的声发射特性研究。80年代初，当时的航空部621所、623所、成都飞机公司、航天四院等先后引进美国Dunegan公司1032D型32通道的源定位声发射检测与信号处理分析系统用于飞机和压力容器的检测。80年代中期，当时的航天703所从美国Dunegan公司引进了D/E8000型声发射检测系统，劳动部锅炉压力容器检测研究中心从美国PAC公司引进的SPARTAN源定位声发射检测与信号处理分析系统，开始对航天钛合金压力容器及石化球形储罐和卧罐等压力容器进行检测。随后，冶金部武汉安全环保研究院、大庆石油学院、航天部44所和石油大学等许多单位相继从PAC引进先进的SPARTAN和LOCAN等型号的声发射仪器，开展了压力容器、飞机、金属材料、复合材料和岩石的检测和应用。90年代初，燕山石化、天津石化、大庆油田、胜利油田、辽河油田和深圳锅炉压力容器检测所等石油、石化企业检测单位和专业检测所相继进口大型声发射仪器广泛开展压力容器的检测。90年代中期，空军第一研究所、航天703所、航天801所、航天7103厂等从美国PAC公司引进了第三代可以存储声发射信号波形的Mis-tras2001多通道声发射仪，从而开展了以波形分析为基础的航空航天设备的声发射检测与信号处理分析。2001年以来，航天703所、航天43所、航空601所、602所、603所、兵器53所、山东省锅检所、大庆石油机械学院、浙江省锅检所等先后从美国PAC公司引进了共计超过250个通道DiSP型全数字声发射检测系统，国家质量监督检测检疫总局锅炉压力容器检测研究中心从德国VALLEN公司引进了ASM5型36通道声发射仪，广州锅炉所购买了声华科技有限公司40通道全波形声发射检测系统。目前声发射技术已在我国航空、航天、石油、石化、兵器、船舶、电力、冶金、铁路、交通、煤炭、建筑、机械制造与加工等领域得到了广泛的应用。据估计，我国目前约有150多个科研院所、大专院校和专业检测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。

在声发射仪器的研制和生产方面，我国的起步并不算太晚，沈阳电子研究所于20世纪70年代末即研制出单通道声发射仪，长春试验机研究所于80年代中期研制出采用计算机控制的32通道声发射定位分析系统，劳动部锅炉压力容器检测研究中心于1995年成功研制出世界上首台硬件采用PC-AT总线、软件采用Windows界面的多通道（2～64）声发射检测分析系统，2000年声华公司研制出基于大规模可编程集成电路（FPGA）技术基础上的全波形全数字化多通道声发射检测分析系统，2002年国家质量监督检测检疫总局锅炉压力容器检测研究中心研制出基于信号处理集成电路（DSP）技术基础上的全数字化多通道声发射检测分析系统。在仪器制造和销售方面，国内主要有沈阳电子研究所、科海恒生公司、声华公司等，沈阳电子研究所主要制造和销售2～8通道的多通道声发射仪，科海恒生公司制造和销售2～32通道CFAE-2001系列的参数式多通道声发射仪器，声华公司制造和销售2～56通道WAE2000系列的数字化全波形多通道声发射仪。另外一些单位针对具体设备的工程检测，基于声发射技术的原理研制出了具有单一功能的专用检测仪器，这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪（沈阳电子研究所）、高压变压器局部放电检测仪（沈阳变压器厂和北京电力科学研究院）、摩擦声发射检测仪（北京航空航天大学）、岩石状态监测仪（声华公司）、固体推进剂药条声发射燃速测试仪（航天四院43所）、高精度声发射对刀装置（国防科技大学）以及刀具破损监测仪（北京理工大学）等。