圖6.1 鉛筆芯模擬聲發射信號裝置

6.2.2 校準的步驟

(1) 儀器硬體靈敏度和一致性的校準：對儀器硬體系統的校準直接採用專用的電子信號發生器來產生各種標準函數的電子信號直接輸入前置放大器或儀器的主放大器，來直接測量儀器採集這些信號的輸出。比如，GB/T18182-2000標準規定：儀器的門檻精度應控制在?2dB範圍內；處理器內的幅度測量電路測量峯值幅度值的精度為?2dB；處理器內的能量測量電路測量信號能量值的精度為?5%，同時要滿足信號能量的動態範圍不低於40dB；系統測量外接參數電壓值的精度為滿量程的2%。

(2) 現場聲發射檢測系統靈敏度的校準：通過直接在被檢構件上發射聲發射模擬源信號來進行校準。靈敏度校準的目的是確認感測器的耦合質量和檢測電路的連續性，各通道靈敏度的校準為在距感測器一定距離（壓力容器規定為100mm）發射三次聲發射模擬源信號，分別測量其響應幅度，三個信號幅度的平均值即為該通道的靈敏度，多數金屬壓力容器的檢測規程規定，每通道對鉛筆芯模擬信號源的響應幅度與所有感測器通道的平均值偏差為土3dB或±4dB，而玻璃鋼構件為土6dB。

(3) 現場聲發射檢測系統源定位的校準：通過直接在被檢構件上發射聲發射模擬源信號來進行校準。源定位校準的目的是確定定位源的唯一性和與實際模擬聲發射源發射部位的對應性，一般通過實測時差和聲速以及設置儀器內的定位閉鎖時間來進行儀器定位精度的校準。定位校準的最終結果為，所加模擬信號應被—個定位陣列所接收，並提供唯一的定位顯示，區域定位時，應至少被一個感測器接收到。多數金屬容器檢測方法中規定，源定位精度應在兩倍壁厚或最大感測器間距的5%以內。

6.2.3 感測器的選擇和安裝

(1) 感測器響應頻率的選擇：應根據被檢測對象的特徵和檢測目的選擇感測器的響應頻率，比如金屬壓力容器檢測用感測器的響應頻率為100～400KHz，壓力管道和油罐底泄漏檢測感測器的響應頻率為30～60KHz等。

(2) 感測器間距和陣列的確定：構件聲發射檢測所需感測數量，取決於試件大小和所選感測器間距。感測器間距又取決于波的傳播衰減，而傳播衰減值又來自用鉛筆芯模擬源實際測得的距離一衰減曲線。時差定位中，最大感測器間距所對應的傳播衰減，不宜大於預定最小檢測信號幅度與檢測門檻值之差，例如，門欖值為40dB，預定最小檢測信號幅度為70dB，則其衰減不宜大於30dB。區域定位比時差定位可允許更大的感測器間距。在金屬容器中，常用的感測器間距約為1～6m，感測器陣列採用三角平面或曲面定位，多數容器的檢測需佈置約8～40多個感測器。

(3) 感測器的安裝：感測器表面與試件表面之間良好的聲耦合為感測器安裝的基本要求。試件的表面須平整和清潔，鬆散的塗層和氧化皮應清除，粗糙表面應打磨，表面油污或多餘物要清洗。對半徑大於150mm的曲面可看成平面，而對小半徑曲面應採取適當措施，例如，可採用轉接耦合塊或小直徑感測器。對於接觸界面，應填充聲耦合劑，以保證良好的聲傳輸。耦合劑不宜塗得過多或過少，耦合層應儘可能薄，表面要充分浸濕。耦合劑的類型，對聲耦合效果影響甚少，多採用真空脂、凡士林、黃油、快乾膠及其它超聲耦合劑。對高溫檢測，也可採用高真空脂、液態玻璃及陶瓷等。但是，須考慮耦合劑與試件材料的相容性，即不得腐蝕或損傷試件材料表面。多用機械壓縮來固定感測器。常用固定夾具包括：鬆緊帶、膠帶、彈簧夾、磁性固定器、緊固螺絲等。所加之力，應儘可能大一些，約為0.7MPa。

6.2.4 儀器調試和參數設置

(1) 檢測門檻設置：檢測系統的靈敏度，即對小信號的檢測能力，決定於感測器的靈敏度、感測器間距和檢測門檻設置。其中，門檻設置為其主要的可控制因素。

檢測門檻，多用dBae來表示。檢測門檻越低，測得信息越多，但易受雜訊的幹擾，因此，在靈敏度和雜訊幹擾之間應作折衷選擇。多數檢測是在門檻為35～55dB的中靈敏度下進行，最為常用門檻值為40dB。不同的門檻設置與適用範圍見表6.2。常用金屬壓力容器檢測的門檻一般為40 dB，但長管拖車的檢測門檻為32 dB，纖維增強複合材料壓力容器的檢測門檻一般為48 dB。

表6.2 門欖設置與適用範圍

門檻（dBae） 適 用 範 圍

25－35 高靈敏度檢測，多用於低幅度信號或高衰減材料或基礎研究

35－55 中靈敏度檢測，廣泛用於材料研究和構件無損檢測

55－65 低靈敏度檢測，多用於高幅度信號或強雜訊環境下的檢測

(2) 系統增益設置：增益是儀器主放大器對聲發射波形信號放大倍數的設置，一些20世紀70年代生產的老的聲發射系統通常有分開的可變增益（dB）和門檻電壓（伏特），在某些系統中，增益或門檻中的一個可能被固定，通過提高增益dB或降低門檻電壓能獲得較高的靈敏度。

20世紀80年代以後生產的儀器，均採用集成電路系統，對於操作者設定的增益（dB）和門檻（dBae），系統就能計算出合適的電壓，把它放在門檻比較器上。因此，門檻的功能為主要控制靈敏度，改變增益設置將不改變靈敏度。增益的設置並不影響所測量的計數，持續時間，上升時間或幅度。但增益設置也是十分是重要的，它直接影響能量的測量和聲發射信號的能量計數。

對於目前常用聲發射儀器，為了保持系統在一合適的操作範圍內，應根據檢測靈敏度的要求來選定門檻，而增益十門檻應處於一定的範圍，比如有些設備在55和88dB之間。

(3) 系統定時參數設置：定時參數，是指撞擊信號測量過程的控制參數，包括：峯值定義時間（PDT）、撞擊定義時間（HDT）和撞擊閉鎖時間（HLT）。

峯值定義時間，是指為正確確定撞擊信號的上升時間而設置的新最大峯值等待時間間隔。如將其選得過短，會把高速、低幅度前驅波誤作為主波處理，但應儘可能選得短為宜。

撞擊定義時間，是指為正確確定一撞擊信號的終點而設置的撞擊信號等待時間間隔。如將其選得過短，會把一個撞擊測量為幾個撞擊，而如選得過長，又會把幾個撞擊測量為一個撞擊。

撞擊閉鎖時間，是指在撞擊信號中為避免測量反射波或遲到波而設置的關閉測量電路的時向間隔。

聲發射波形隨試件的材料、形狀、尺寸等因素而變，因而，定時參數應根據試件中所觀察到的實際波形進行合理選擇，其推薦範圍如表6.3所示。

表6.3 定時參數選擇

材料與試件 PDT（μs） HDT（μs） HLT（μs）

複合材料 20～50 100～200 300

金屬小試件 300 600 1000

高衰減金屬構件 300 600 1000

低衰減金屬構件 1000 2000 20000