声发射实验指导书.doc

实验名称 声发射源的定位 实验目的：1、掌握SDAES声发射检测仪的基本操作。 2、了解声发射源定位的基本原理。 二、实验设备：SDAES声发射检测仪 钢板 SR150A传感器 前置放大器 铅笔 耦合剂 三、实验原理 1、SDAES声发射检测仪 2、基本原理 将几个压电换能器按一定的几何关系防止在固定点上，组成换能器阵，测定声源的声波传播到各个换能器的相对时差，将这些相对时差代入满足该几何关系的一组方程求解，便可以得到缺陷的位置坐标。 设板状构件中位置有一个声发射源释放弹性波，该波的速度v在平板中传播，其波前相当于一个圆。在声发射源周围任意布置、、三个换能器，其位置为、、。 图2-1 假设弹性波先到达换能器，相继到达和换能器，和、的时间差为、，分别以和换能器的位置为圆心，以和为半径作两个圆，然后再作第三个圆，过换能器，并与、圆相切，则此圆心就是声发射源的位置。 2.1一维源定位（又称线定位）原理 在一维空间中，确定声发射源位置坐标的直线定位法（能确定焊缝上的缺陷位置）。 两个换能器和，坐标分别为和，某一声源声发射信号到达换能器时的时差为，材料中的声速为，则声发射源到两个换能器的距离之差为： （3-1） 那么声源的位置满足以两个换能器为焦点，以为顶点距离的双曲线方程。 （3-2） 图2-2 若声发射源在两个换能器之间（即轴上），此时，，解方程得 当声发射信号先到换能器，则，反之，。只要测出，，就知道声源的位置。 2.2二维源定位（又称面定位） 一般情况下，确定声源的位置是在平面区域，因此，把换能器分成组，有规则的按装在被测试的构件上，这种规则的排列称为阵列。 2.2.1方形阵列 4个换能器分成两组，一组在轴对称位置放置和，坐标分别为和，另一组在轴对称位置放置和，坐标分别为和，则声发射源P与和换能器的距离之差为： （3-4） 其中，为信号到和的时差。 P与和换能器的距离之差为： （3-5） 其中，为信号到和的时差。 图2-3 则两组换能器分别满足的双曲线方程为： 和 （3-6） 声源在两个双曲线的焦点上，解这两个联立方程，得 （3-7） 和的正负号取决于信号到达换能器的次序，对于第一组换能器，如果先到，则取正，对于第二组换能器，如果先到，则取正，此时，P点在第一象限。以此类推： 先到，则取负，先到，则取正，此时P点在第二象限；先到，则取负，先到，则取负，此时P点在第三象限；先到，则取正，先到，则取负，此时P点在第四象限。 2.2.2等边三角形阵列 将四个换能器布置成等边三角形阵列，换能器在中心，并作为原点坐标，边长为，则 （3-8） 信号先到，其他三个换能器接到信号与的时差为、、，相对于的距离差分别为、、。 图2-4 可得方程组如下： （3-9） 整理后，得： （3-10） 利用矩阵解法，解得： 其中， 解得： （3-11） 只要测出波速，三角形的边长2S和三组时差，就可以确定声源的位置。 四、实验步骤 1、按图2-2布置传感器，用断铅模拟声发射，记录声传播到达各号传感器的时间。 2、按图2-3布置传感器，用断铅模拟声发射，记录声传播到达各号传感器的时间。 3、按图2-4布置传感器，用断铅模拟声发射，记录声传播到达各号传感器的时间。 五、测量结果及误差原因分析 1、计算出各种情况下的声发射源位置坐标。 2、把各计算结果与实际声源位置坐标对比，并分析误差原因。