声发射实验指导书

声发射实验指导 实验名称 声发射源的定位 一、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(x,y) ###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123 (x,y)(x,y)(x,y)器，其位置为、、。 331122 图2-1 ######,t1212假设弹性波先到达换能器，相继到达和3换能器，和、3的时间差为、12 ##,t,t,v,t,v2，分别以和3换能器的位置为圆心，以和为半径作两个圆，然后再131312 ###12作第三个圆，过换能器，并与、3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)。 ##和，坐标分别为和，某一声源声发射信号到达两个换能器12(,c,0)(c,0) 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v,t 差为: 2a,v,,t (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2a 程。 22xy,,1 (3-2) 222ac,a 图2-2 若声发射源在两个换能器之间(即轴上)，此时，y,0(,c,x,c)，解方x 程得 x,,a #当声发射信号先到1换能器，则，反之，。只要测出，x,,ax,a,t,2a,v,,t v,,ta,，就知道声源的位置。 2 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12x(,c,0) ##y和，另一组在轴对称位置放置和，坐标分别为和，则声4(c,0)3(,f,0)(f,0) ##和换能器的距离之差为: 发射源P与122a 2a,v,,t (3-4) 12 ##其中，,t为信号到和的时差。 1212 ##P与和换能器的距离之差为: 432e 2e,v,,t (3-5) 34 ##,t其中，为信号到和的时差。 4334 图2-3 则两组换能器分别满足的双曲线方程为: 2222yxxy,,1 和 (3-6) ,,1222222ac,aefe, 声源在两个双曲线的焦点上，解这两个联立方程，得 222c,a，e x,,222c,ae,222af,e 2,,x22,, yca (3-7) ,,,,1，，2,,a,, y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x ##y2先到，则x取正，对于第二组换能器，如果先到3，则取正，此时，P点在第一象限。以此类推: ###y11先到，则x取负，先到3，则取正，此时P点在第二象限;先到，则x取负，先到 ###yy，则取负，此时P点在第三象限;先到，则取正，先到，则取负，此时P424x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，0边长为，则 2S 3B,S 3 23A,2B,S (3-8) 3 ##,t,t,t信号先到，其他三个换能器接到信号与的时差为、、，相00312 #,,v,,t的距离差分别为,,v,,t、,,v,,t、。 对于0331122 图2-4 可得方程组如下: 222,x，y,r ,222,，，，，，，x，S，y，B,，r,1 (3-9) ,222,，，，，，，x,S，y，B,，r,2 ,222，，，，xyA,r，,,，3, 整理后，得: 4,22,,2Sx，2By,2r,,S11,3,4,22,,2Sx2By2rS,，,,, (3-10) ,223, 4,222Ay2rS,,,,,,33,3, 利用矩阵解法，解得: ,,x,x,,, ,,y,y,,,, 其中， ,,S B 1 1 11838322',,,,,8,S B ,,S-1 1 ,,S, 22330 ,A ,0 -2 ,33 422,,-S 1 113 4344322',,,,,S,,S,-S 1 '22xx 333 422-S -2 ,,333 4,,221 -S 113 4,,22' ,,,4S,1 -S ,,4S,'yy223 4,,220 -S 333'1,,解得: xx,,'2S,, ,' (3-11) ,3,yy,',2S,, 只要测出波速v，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，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。