声发射技术（Acoustic Emission, AE）是一种有效的无损检测方法，广泛用于评估结构的健康状况。它通过捕捉材料或结构内部由裂纹、应力集中、变形等事件引发的高频声波，来分析其健康状况。以下是声发射技术评估结构健康状况的原理及工作过程：

1、声发射信号的来源

当材料内部发生局部破坏（如裂纹扩展、纤维断裂、分层等）或塑性变形时，会释放出微小的能量。这些能量以弹性波的形式传播，称为声发射信号。这些波通常是瞬时发生的、短持续时间的高频信号，频率范围在几十kHz至几MHz之间。

声发射的典型来源包括：

· 裂纹的形成和扩展

· 疲劳破坏

· 纤维材料的断裂

· 材料内部的局部塑性变形

· 界面层的分离或脱层

· 应力腐蚀或应变引起的破坏

2、声发射信号的检测

为了检测声发射信号，通常使用压电传感器将结构表面产生的声波转化为电信号。传感器被布置在结构的关键区域，以最大化检测覆盖面。这些传感器可以对应力波进行放大，并通过数据采集系统（如声发射采集卡）进行采集、处理和分析。

3、声发射信号的分析

声发射技术通过对声发射事件的特征进行分析来评估结构的健康状况。以下几个特征参数常用于评估：

振幅：声发射事件的振幅大小与破坏的强度相关，振幅越大，破坏程度可能越高。

能量：声发射事件所释放的能量可以反映结构中的破坏进程，累积能量往往用于判断破坏的程度。

发生频率：事件发生的频率与材料内部的破坏活动相关，频率高可能意味着裂纹扩展或材料老化加剧。

位置：通过多传感器系统和时间延迟分析，可以确定声发射事件的来源位置，帮助识别潜在的缺陷位置。

4、声发射采集卡的作用

1、信号采集

   声发射传感器（通常是压电式传感器）捕捉来自材料或结构的声发射信号，并将其转化为电信号。采集卡的主要任务是接收这些电信号，并将其数字化，以便进一步分析和处理。

2、信号放大和滤波

   声发射信号通常非常微弱，并伴随着大量噪声。采集卡通常内置有放大器和滤波器，用于增强信号并减少噪声干扰。这可以提高信号的信噪比，确保数据的有效性。

3、数据处理

   声发射信号是瞬时的、短时间内发生的高频波动，因此需要采集卡具有足够高的采样率和数据处理能力。采集卡会将捕捉到的声发射信号进行实时处理，提取如振幅、能量、频率、发生次数等关键信息。

4、时间同步

   多通道声发射监测需要各个通道之间的精确时间同步，以便确定声发射事件的位置和时间。声发射采集卡通常支持精确的时钟同步功能，用于多传感器的协调工作。

5、数据传输与存储

   采集卡将采集的数据传输到计算机或其他控制系统进行分析。高频声发射信号产生的数据量非常大，因此采集卡必须具备高带宽的数据传输接口（如北京新超仁达的USB1610：USB3.0接口和NET-2425：千兆网口）来确保数据无损快速传输。

5、新超仁达运用声发射在桥梁健康监测案例

案列背景： 在一座大型悬索桥的定期维护中，北京新超仁达的某客户工程师希望了解其钢缆是否存在裂纹、腐蚀或疲劳损伤。这类问题会产生声发射信号，特别是在载荷作用下，钢缆内部的裂纹扩展会释放出高频声波。

声发射数据采集过程：

传感器布置：在钢缆关键部位布置声发射传感器，每个传感器覆盖特定区域。传感器接收来自钢缆内部的声发射信号。

数采集设置：采集卡选择了新超仁达NET-2425高采样率卡（大约1.5MS/s，150万次每秒），以捕捉裂纹扩展时的高频信号。每个传感器的信号通过多通道数据采集卡实时记录。

数据分析：通过时域分析，工程师识别声发射事件的振幅和频率，并通过多个传感器的时间同步功能确定信号源的具体位置。

结果与评估：分析表明，某些钢缆在较大应力作用下产生了显著的声发射信号。累积的声发射能量增大，表明存在持续裂纹扩展。最终，工程师在该区域进行了进一步的物理检查，证实了早期裂纹的存在。

此案列的结果： 通过声发射技术，工程师能够在钢缆的裂纹扩展到危及桥梁结构安全之前检测到问题，避免了潜在的灾难性故障。