声-超声波检测装置的构成与工作原理

声-超声波（Acousto-Ultrasonic, AU）技术是一种有效的无损检测方法，它通过分析材料中传播的应力波来评估其内部结构、力学性能及损伤状态。要实现可靠的检测，一套设计精良的硬件系统是基础。一个典型的声-超声波检测装置，其核心工作流围绕着信号的生成、传播、捕获与分析展开。

图1 声-超声波检测系统的典型功能框图

图1展示了一套通用声-超声波检测装置的功能框图。尽管随着计算机技术与现代模态声发射（Modal Acoustic Emission, MAE）系统的发展，具体实现方式可能有所演进，但其基本构成与工作原理具有共通性。

1. 激励信号的生成与发射

系统的工作始于激励信号的生成。一台超声波仪器（通常以插件形式集成）充当信号源，产生初始的电脉冲。该脉冲信号经过重复次数计数器与时间控制器的精确调度，用以激励一个宽带发送换能器。

这个发送换能器的性能至关重要。它通常具有较宽的频率响应范围，例如在0.1-2 MHz的带宽内工作，并以0.5 MHz为标称中心频率。这种宽带特性确保了发射的应力波包含丰富的频率成分，能够更全面地与材料的微观结构相互作用。

2. 应力波的捕获与调理

当激励应力波在被测材料中传播一段固定距离后，由一个声发射（AE）接收换能器进行捕获。为了能灵敏地响应材料中可能出现的各种模式的波形，接收换能器需要具备更宽的频率响应范围，典型的参数为0.02-5.0 MHz。

由于传播过程中的衰减，接收到的应力波信号非常微弱，必须进行放大处理。信号首先进入一个前置放大器，该放大器通常配备了与接收换能器频带相匹配的带通滤波器（例如0.02-5.0 MHz），以滤除带外噪声。信号在此被放大40dB，显著提高了信噪比，为后续处理奠定了基础。

3. 信号的实时处理与特征提取

经过放大的模拟信号被送入一台标准的声发射分析仪器。该仪器能够对波形进行实时处理，快速计算并显示一系列关键的信号特征参数，例如：

• 峰值幅度 (Peak Amplitude)：反映事件的强度。
• 振铃计数 (Ring-down Counts)：信号振荡超过阈值的次数，与事件能量和持续时间相关。
• 周期 (Duration)：信号从首次超过阈值到最后一次低于阈值的时间。
• 能量 (Energy)：通常指信号幅值平方的积分，是衡量事件能量的更稳健指标。

这些计算出的特征参数会即时存储在计算机中，用于初步的评估和状态监测。

4. 波形的数字化与深度分析

为了进行更精细的分析，例如探究波形在时间域的形态或在频率域的成分，必须将模拟波形转化为数字数据。在传统系统中，这通常由一台通用的波形分析器完成，例如配置了双通道、36 MHz采样率插件的设备。

然而，技术的发展使得这一环节大为简化。许多先进的模态声发射仪器本身就集成了高速数字化功能，无需再外接独立的波形分析器。无论是通过哪种方式，数字化后的波形数据都会被存入计算机，以供研究人员进行深入的时间域或频率域分析，从而揭示更多关于材料状态的深层信息。

整个流程从精确的信号生成到多层次的数据分析，环环相扣，对设备参数的配置、操作人员的经验都有着不低的要求。要从复杂的应力波信号中提取出准确、可重复的材料性能数据，往往需要专业的知识和实践积累。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测无损检测，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636