目前采集和處理聲發(fā)射信號(hào)的方法可分為兩大類(lèi)。一種為以多個(gè)簡(jiǎn)化的波形特征參數(shù)來(lái)表示聲發(fā)射信號(hào)的特征，然后對(duì)這些波形特征參數(shù)進(jìn)行分析和處理；另一種為存貯和記錄聲發(fā)射信號(hào)的波形，對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析。簡(jiǎn)化波形特征參數(shù)分析方法是自二十世紀(jì)五十年代以來(lái)廣泛使用的經(jīng)典的聲發(fā)射信號(hào)分析方法，目前在聲發(fā)射檢測(cè)中仍得到廣泛應(yīng)用，且?guī)缀跛新暟l(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)聲發(fā)射源的判據(jù)均采用簡(jiǎn)化波形特征參數(shù)。
5.1 經(jīng)典信號(hào)處理方法
5.1.1 波形特性參數(shù)
???? 圖5.1為突發(fā)型標(biāo)準(zhǔn)聲發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化波形參數(shù)的定義。由這一模型可以得到如下參數(shù)：
??? (1) 波擊（事件）計(jì)數(shù)；
??? (2) 振鈴計(jì)數(shù)；
??? (3) 能量；
??? (4) 幅度；
??? (5) 持續(xù)時(shí)間；
??? (6) 上升時(shí)間；
???????????????? 圖5.1 聲發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化波形參數(shù)的定義
對(duì)于連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)，上述模型中只有振鈴計(jì)數(shù)和能量參數(shù)可以適用。為了更確切地描述連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的特征，由此又引入了如下兩個(gè)參數(shù)：
(7) 平均信號(hào)電平；
(8) 有效值電壓。
聲發(fā)射信號(hào)的幅度通常以dBae表示，定義傳感器輸出1?V時(shí)為0dB，則幅值為Vae的聲發(fā)射信號(hào)的dBae幅度可由下式算出：
???? dBae = 20 lg（Vae/1?V）
表5.1列出了常用整數(shù)幅度dBae對(duì)應(yīng)的傳感器輸出電壓值。
表5.1常用整數(shù)幅度dBae對(duì)應(yīng)的傳感器輸出電壓值
dBae?0?20?40?60?80?100
Vae?1?V?10?V?100?V?1mV?10mV?100mV

??? 對(duì)于實(shí)際的聲發(fā)射信號(hào)，由于試樣或被檢構(gòu)件的幾何效應(yīng)，聲發(fā)射信號(hào)波形為如圖5.2所示的一系列波形包絡(luò)信號(hào)。因此，對(duì)每一個(gè)聲發(fā)射通道，通過(guò)引入聲發(fā)射信號(hào)撞擊定義時(shí)間（HDT）來(lái)將一連串的波形包絡(luò)畫(huà)入一個(gè)撞擊或劃分為不同的撞擊信號(hào)。對(duì)于圖5.2的波形，當(dāng)儀器設(shè)定的HDT大于兩個(gè)波包過(guò)門(mén)檻的時(shí)間間隔T時(shí)，則這兩個(gè)波包被劃歸為一個(gè)聲發(fā)射撞擊信號(hào)；但如儀器設(shè)定的HDT小于兩個(gè)波包過(guò)門(mén)檻的時(shí)間間隔T時(shí)，則這兩個(gè)波包被劃歸分為兩個(gè)聲發(fā)射撞擊信號(hào)。
?
圖5.2? 聲發(fā)射撞擊信號(hào)的定義
表5.2列出了常用聲發(fā)射信號(hào)特性參數(shù)的含義和用途。這些參數(shù)的累加可以被定義為時(shí)間或試驗(yàn)參數(shù)(如壓力、溫度等)的函數(shù),如總事件計(jì)數(shù)、總振鈴計(jì)數(shù)和總能量計(jì)數(shù)等。這些參數(shù)也可以被定義為隨時(shí)間或試驗(yàn)參數(shù)變化的函數(shù)，如聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)率、聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)率和聲發(fā)射信號(hào)能量率等。這些參數(shù)之間也可以任意兩個(gè)組合進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，如聲發(fā)射事件-幅度分布、聲發(fā)射事件能量-持續(xù)時(shí)間關(guān)聯(lián)圖等。

5.1.2 分析識(shí)別技術(shù)
??? (1) 聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)的列表顯示和分析
列表顯示是將每個(gè)聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)進(jìn)行時(shí)序排列和直接顯示，包括信號(hào)到達(dá)時(shí)間，各個(gè)聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)、外變量、聲發(fā)射源的坐標(biāo)等。表5.3為壓力容器升壓過(guò)程中采集到的裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)數(shù)據(jù)列表。在聲發(fā)射檢測(cè)前對(duì)聲發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行靈敏度測(cè)定和模擬源定位精度測(cè)試時(shí)，直接觀察數(shù)據(jù)列表。對(duì)聲發(fā)射源的強(qiáng)度進(jìn)行精確分析時(shí)也經(jīng)常采用數(shù)據(jù)列表顯示和分析。

表5.2? 聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)
參數(shù)?含義?特點(diǎn)與用途
撞擊（Hit）和撞擊計(jì)數(shù)?超過(guò)門(mén)檻并使某一通道獲取數(shù)據(jù)的任何信號(hào)稱(chēng)之為一個(gè)撞擊。所測(cè)得的撞擊個(gè)數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率?反映聲發(fā)射活動(dòng)的總量和頻度，常用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)
事件計(jì)數(shù)?產(chǎn)生聲發(fā)射的一次材料局部變化稱(chēng)之為一個(gè)聲發(fā)射事件。可分為總計(jì)數(shù)、計(jì)數(shù)率。一陣列中，一個(gè)或幾個(gè)撞擊對(duì)應(yīng)一個(gè)事件?反映聲發(fā)射事件的總量和頻度，用于源的活動(dòng)性和定位集中度評(píng)價(jià)
計(jì)數(shù)?越過(guò)門(mén)檻信號(hào)的振蕩次數(shù)，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率?信號(hào)處理簡(jiǎn)便，適于兩類(lèi)信號(hào)，又能粗略反映信號(hào)強(qiáng)度和頻度，因而廣泛用于聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)，但受門(mén)檻值大小的影響
幅度?信號(hào)波形的最大振幅值，通常用dBae表示（傳感器輸出1?V為0dB）?與事件大小有直接的關(guān)系，不受門(mén)檻的影響，直接決定事件的可測(cè)性，常用于波源的類(lèi)型鑒別、強(qiáng)度及衰減的測(cè)量
能量計(jì)數(shù)（MARSE）?信號(hào)檢波包絡(luò)線下的面積，可分為總計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率?反映事件的相對(duì)能量或強(qiáng)度。對(duì)門(mén)檻、工作頻率和傳播特性不甚敏感，可取代振鈴計(jì)數(shù)，也用于波源的類(lèi)型鑒別
持續(xù)時(shí)間?信號(hào)第一次越過(guò)門(mén)檻至最終降至門(mén)檻所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，以?s表示?與振鈴計(jì)數(shù)十分相似，但常用于特殊波源類(lèi)型和噪聲的鑒別
上升時(shí)間?信號(hào)第一次越過(guò)門(mén)檻至最大振幅所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，以?s表示?因受傳播的影響而其物理意義變得不明確，有時(shí)用于機(jī)電噪聲鑒別
有效值電壓
（RMS）?采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的均方根值，以V表示?與聲發(fā)射的大小有關(guān)，測(cè)量簡(jiǎn)便，不受門(mén)檻的影響，適用于連續(xù)型信號(hào)，主要用于連續(xù)型聲發(fā)射活動(dòng)性評(píng)價(jià)
平均信號(hào)電平
（ASL）?采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)電平的均值，以Db表示?提供的信息和用途與RMS相似，對(duì)幅度動(dòng)態(tài)范圍要求高而時(shí)間分辯率要求不高的連續(xù)型信號(hào)，尤為有用。也用于背景噪聲水平的測(cè)量
到達(dá)時(shí)間?一個(gè)聲發(fā)射波到達(dá)傳感器的時(shí)間，以?s表示?決定了波源的位置、傳感器間距和傳播速度，用于波源的位置計(jì)算
外變量?試驗(yàn)過(guò)程外加變量，包括時(shí)間、載荷、位移、溫度及疲勞周次等?不屬于信號(hào)參數(shù)，但屬于波擊信號(hào)參數(shù)的數(shù)據(jù)集，用于聲發(fā)射活動(dòng)性分析

表5.3 聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)數(shù)據(jù)列表
?? 到達(dá)時(shí)間?????? 壓力??? 通道?? 上升時(shí)間??? 計(jì)數(shù)???? 能量???? 持續(xù)時(shí)間??? 幅度
MM:SS.mmmuuun??? PARA1???? CH????? RISE????? COUN???? ENER???? DURATION??? AMP
01:18.9101730??? 36.60????? 3?????? 81??????? 92?????? 57??????? 3222????? 59?
01:18.9103205??? 36.60???? 12????? 133??????? 49?????? 48??????? 6243????? 51?
01:18.9104999??? 36.60????? 4?????? 69??????? 62?????? 86??????? 6899????? 55?
01:18.9112070??? 36.60????? 8?????? 29??????? 27?????? 53??????? 1947????? 51?
??? (2) 聲發(fā)射信號(hào)單參數(shù)分析方法
由于早期的聲發(fā)射儀器只能得到計(jì)數(shù)、能量或者幅度等很少的參數(shù)，因此人們?cè)缙趯?duì)聲發(fā)射信號(hào)的分析和評(píng)價(jià)通常采用單參數(shù)分析方法，最常用的單參數(shù)分析方法為計(jì)數(shù)分析法、能量分析法和幅度分析法。
??? 1) 計(jì)數(shù)法: 計(jì)數(shù)法是處理聲發(fā)射脈沖信號(hào)的一種常用方法。目前應(yīng)用的計(jì)數(shù)法有聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)率與振鈴計(jì)數(shù)率及它們的總計(jì)數(shù)，另外還有一種對(duì)振幅加權(quán)的計(jì)數(shù)方式，稱(chēng)為“加權(quán)振鈴”計(jì)數(shù)法。聲發(fā)射事件是由材料內(nèi)局域變化產(chǎn)生的單個(gè)突發(fā)型信號(hào)，聲發(fā)射計(jì)數(shù)(振鈴計(jì)數(shù))是聲發(fā)射信號(hào)超過(guò)某一設(shè)定門(mén)檻的次數(shù), 信號(hào)單位時(shí)間超過(guò)門(mén)檻的次數(shù)為計(jì)數(shù)率, 聲發(fā)射計(jì)數(shù)率依賴于傳感器的響應(yīng)頻率、換能器的阻尼特性、結(jié)構(gòu)的阻尼特性和門(mén)檻的水平。對(duì)于一個(gè)聲發(fā)射事件，由換能器探測(cè)到的聲發(fā)射計(jì)數(shù)為:
????????????????????????????
???????????? N =???? ln???????????????????????????????????????????????????????????????
式中f0 是換能器的響應(yīng)中心頻率, β為波的衰減系數(shù), Vp是峰值電壓, Vt為閾值電壓。計(jì)數(shù)法的缺點(diǎn)是易受樣品幾何形狀、傳感器的特性及連接方式、門(mén)檻電壓、放大器和濾波器工作狀況等因素的影響。
　　2) 能量分析法: 由于計(jì)數(shù)法測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)存在上述缺點(diǎn)，尤其對(duì)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)更明顯，因而通常采用測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)的能量來(lái)對(duì)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析。目前，聲發(fā)射信號(hào)的能量測(cè)量是定量測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)的主要方法之一。聲發(fā)射信號(hào)的能量正比于圖4.1中聲發(fā)射波形的面積，通常用均方根電壓(Vrms)或均方電壓(Vms)來(lái)進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)的能量測(cè)量。但目前聲發(fā)射儀器多用數(shù)字化電路,因而也可直接測(cè)量聲發(fā)射信號(hào)波形的面積。對(duì)于突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)可以測(cè)量每個(gè)事件的能量。
　　一個(gè)信號(hào)V(t)的均方電壓和均方根電壓定義如下:
???????????????????????? ?T
??????????? Vms =???????? V2(t)dt　????????????????????????
??????????????????????? 0
? 　　　　　Vrms = ? Vms????????????????????????????????????
式中, ?T是平均時(shí)間, V(t)是隨時(shí)間變化的信號(hào)電壓。根據(jù)電子學(xué)中的理論，可以得到Vms隨時(shí)間的變化就是聲發(fā)射信號(hào)的能量變化率, 聲發(fā)射信號(hào)從t1 到t2 時(shí)間內(nèi)的總能量E可由下式表示:
???????????????????? t2?????????????? t2
??????????? E ∝?? (Vrms)2 dt =??? Vms dt????????????????????
??????????????????? t1????????????? t1
　　聲發(fā)射信號(hào)能量的測(cè)量可以直接與材料的重要物理參數(shù)(如發(fā)射事件的機(jī)械能、應(yīng)變率或形變機(jī)制等)直接聯(lián)系起來(lái)，而不需要建立聲發(fā)射信號(hào)的模型。能量測(cè)量同樣解決了小幅度連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的測(cè)量問(wèn)題。另外，測(cè)量信號(hào)的均方根電壓或均方電壓也有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，Vrms和Vms對(duì)電子系統(tǒng)增益和換能器耦合情況的微小變化不太敏感, 且不依賴于任何閾值電壓,不象計(jì)數(shù)技術(shù)一樣與閾值的大小有緊密關(guān)系。其次，Vrms和Vms與連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的能量有直接關(guān)系，但對(duì)計(jì)數(shù)技術(shù)來(lái)說(shuō)，根本不存在這樣的簡(jiǎn)單關(guān)系。第三，Vrms與Vms很容易對(duì)不同應(yīng)變率或不同樣品體積進(jìn)行修正。
??? 3) 幅度分析法: 信號(hào)峰值幅度和幅度分布是一種可以更多地反映聲發(fā)射源信息的處理方法，信號(hào)幅度與材料中產(chǎn)生聲發(fā)射源的強(qiáng)度有直接關(guān)系，幅度分布與材料的形變機(jī)制有關(guān)。聲發(fā)射信號(hào)幅度的測(cè)量同樣受換能器的響應(yīng)頻率、換能器的阻尼特性、結(jié)構(gòu)的阻尼特性和門(mén)檻電壓水平等因素的影響。通過(guò)應(yīng)用對(duì)數(shù)放大器，既可對(duì)聲發(fā)射大信號(hào)也可對(duì)聲發(fā)射小信號(hào)進(jìn)行精確的峰值幅度測(cè)量。