聲發(fā)射試驗(yàn)過程中避免噪音和干擾的方法

???? 范圍: 該技術(shù)說明評論了聲發(fā)射的噪音和防護(hù)及濾波方法.
　　1. 介紹
　　雖然噪音（包括干擾）對于聲發(fā)射是一個問題，有許多有效的方法防止噪音。下面將仔細(xì)描述防止噪音的方法（見2.1部分），使用幾個特殊的方法（見2.2），選擇最佳的降低噪音（見3部分）和Vallen AE系統(tǒng)的特殊功能，幫助處理噪音（見4部分）。
　　可以說第一次對照AE信號噪音必須被定義。首先信號是評價(jià)研究的對象測量結(jié)果；與信號相比，噪音對信號在任何過程或現(xiàn)象產(chǎn)生的淹沒或錯誤，為增加信噪比，將采用下述方法：
　　◇信號與AE信號 意思是對于測量對象是獨(dú)立的信號
　　◇信號中的噪音 意思是降低信號測量精度的任何影響
　　◇偽信號 通常被描述為離散數(shù)據(jù)，與測量無關(guān)
　　噪音為干擾作用，導(dǎo)致AE信號的錯誤判斷或淹沒AE信號，使用濾波可以排除這些影響：
　　◇撞擊級聯(lián) 意思是撞擊連接撞擊的干擾或信號重疊
　　◇事件中的事件 干涉意思是兩個事件之間有效的重合
　　2. 預(yù)防噪音源的對策
　　該部分討論的是如何處理噪音，描述了特殊的噪音類別、防噪的通用策略以及羅列幾種特殊的防噪措施。
　　2.1 限制噪音的策略
　　防止噪音的策略取決于噪音的特征，要注意到每類噪音的一般影響，根據(jù)防止方法優(yōu)先選擇設(shè)置。
　　按下列分類，從參數(shù)中分離AE信號和噪音：
　　1. 環(huán)境 (要求屏蔽)
　　2. 信號范圍(頻率及幅度)
　　3. 空間范圍
　　4. 產(chǎn)生的時間或參數(shù)
　　5. AE 信號特征.
????? 對于噪音與聲發(fā)射源的分類，取決于測試目標(biāo)，因此任何的噪音源的清單從其中區(qū)別出來的聲發(fā)射。表 2.1-1列出了幾個普通AE源指示器，該表僅僅為粗略的指導(dǎo)，在2.2部分給出了詳細(xì)建議清單。
　　Table 2.1-1 區(qū)別一些普通噪音源的特性
　　強(qiáng)指示○-----------弱指示
????? 環(huán)境 頻率
????? 幅度 空間 時間? AE 信號
????? 活性缺陷????? ○ ●?
????? 泄露 ● ● ● 　 ○
????? “機(jī)械”? ●??????
????? 摩擦? ● ○ ○ ○ ○
????? 電子? ● ●???? ●
????? 碰撞? ● ○???? ●
????? 振動? ●????????
????? 腐蝕? ●?????? ○
　??? 2.1-1 特定噪音源的實(shí)例：
　　　　活性缺陷 　　　裂紋
　　　　泄露 　　　　　閥門和流體流動
　　　　機(jī)械 　　　　　旋轉(zhuǎn)震動
　　　　摩擦 　　　　　接觸，移動
　　　　電子 　　　　　EMI,射頻信號
　　　　沖擊 　　　　　雨、風(fēng)沙
　　　　震動 　　　　　交通
　　　　空洞現(xiàn)象 　　　兩相流內(nèi)部
　　表2.1-2中給出了涉及到的噪音的策略，該策略的基礎(chǔ)是簡單的，從AE信號中剔除噪音的任何方法（屏蔽AE信號）優(yōu)先選擇是濾波，這是因?yàn)椴挥绊懓?累計(jì)無意義數(shù)據(jù)、增加撞擊級聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)（撞擊與撞擊的干擾）、事件對事件的干擾和降低系統(tǒng)測量精度。
　　Table 2.1-2: 防止噪音對策的順序
　　1. 對噪音環(huán)境進(jìn)行絕緣（或屏蔽）
　　2. 改變測試設(shè)置：
　　　a) 探頭和系統(tǒng)的頻率范圍
　　　b) 門檻水平或類型（固定，浮動門檻）
　　3. 采用的定位范圍或防護(hù)探頭
　　4. 從噪音信號中選擇AE信號
　　　(AE 參數(shù)特征，外部參數(shù)特征，模式識別)
　　　濾波類型： a) 前端 b) 試驗(yàn)中 c) 試驗(yàn)后
　? 5. 選擇時間段，了解到外部產(chǎn)生AE
????? 該表強(qiáng)調(diào)的是優(yōu)選考慮
　　2.2 防止噪音的特殊方法
　　下面給出了30多種防止噪音的方法，這對于開始點(diǎn)是有用的，廢止那些已經(jīng)解決了的問題，有些方法僅僅應(yīng)用在有限的環(huán)境中。
????? 表 2.2 防止噪音特殊測量
????? 在環(huán)境中的方法 從噪音中屏蔽/絕緣信號
????? 選擇前放/設(shè)備 與普通的電子儀器相比，采用了不同的方法，尤其是與老型號的設(shè)備相比，AE設(shè)備的測量鏈進(jìn)行了特殊的噪音隔離設(shè)計(jì)。有些系統(tǒng)設(shè)計(jì)時很少考慮底板的隔噪、串?dāng)_和濾波可能性。
????? 探頭和前放的兼容性及安裝 測量鏈大多數(shù)噪音靈敏區(qū)是在前放之前，探頭與電纜之間的電纜必須牢靠，探頭接地不良、接口松動以及太長的電纜線都是不希望的情況。
????? 與泵隔離? 在壓力試驗(yàn)時，可以通過緩沖器把泵和容器分離開，可以有效的隔離流體和振動噪音。?
????? 隔離測試區(qū)域 一般AE 及試驗(yàn)對一些人來說是很好奇的，應(yīng)設(shè)置警戒區(qū)防止由于人和車的移動產(chǎn)生的噪音以及他們的安全。
????? 屏蔽進(jìn)行的試驗(yàn) 雨點(diǎn)會產(chǎn)生很大的噪音，搭設(shè)棚架也是減少風(fēng)的影響的一個有效方法（產(chǎn)生周期性的撞擊）。
????? 保護(hù)和保養(yǎng)電纜 新的BNC接口的屏蔽電子噪音的效率低于100%，例如網(wǎng)狀電纜的屏蔽效率為99%，在起初是不成問題，但是如果使用不當(dāng)，尤其是超載的機(jī)械拉伸將降低電纜的屏蔽效率。
????? 松開部件接頭 松動的接觸零件，儀器是在有風(fēng)時，對試件的將產(chǎn)生接觸（撞擊）噪音?？梢圆捎煤唵蔚姆椒ü潭ㄋ蓜拥牧慵?，如膠帶等。如果灰塵或銹產(chǎn)生噪音，可以除去它們。?
????? 分離自由的接觸的表面 把軟材料放置在兩個摩擦面之間，噪音將被強(qiáng)烈的減弱。金屬與金屬產(chǎn)生很大的噪音，金屬與膠帶產(chǎn)生很小的噪音。
????? 在高噪音時段和區(qū)域，避免試驗(yàn) 對于進(jìn)行的試驗(yàn)，可以選擇從時間上避免振動（旋轉(zhuǎn)機(jī)械）和電子干擾（天線、電線）的最高點(diǎn)，也可以在試驗(yàn)時采用簡單方法即的關(guān)閉這些噪音源。如果試驗(yàn)或噪音源為移動的，檢測其移動位置。
????? 對于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)，選擇合適的卡具? 在材料試驗(yàn)過程中，卡具用來施加力在試件上，以防止試件滑動、破壞或壓碎。加一層軟的材料在卡具面上（聚四佛乙烯）或試件與試件的接合面上（鋁套），都能減少噪音。
????? 選擇卡具類型 恒定力卡具（如削子卡具和水力卡具），將噪音集中在卡住的時間或在加載的早期時間；隨加載增加卡具力增加（鍥子卡具），會在整個試驗(yàn)過程中產(chǎn)生噪音。通過輔助手段來降低噪音，對于削子卡具，使用油減少流動噪音。
????? 在試驗(yàn)室應(yīng)用中，選擇加載 老的螺桿驅(qū)動機(jī)器比現(xiàn)代的機(jī)器（水驅(qū)動的試驗(yàn)機(jī)器）產(chǎn)生的噪音小，也許這不成問題，否則可以在加載單元與試件之間插入阻尼塊。?
????? 信號范圍的方法 選擇遠(yuǎn)離噪音的監(jiān)測范圍
????? 高于最小的頻率 當(dāng)頻率增加時，旋轉(zhuǎn)和振動頻率衰減很大。在有些環(huán)境中，尤其是在工廠內(nèi)，通常用300 和 500 kHz 的探頭代替150 kHz的探頭。
????? 最大頻率的強(qiáng)列反射 電子噪音典型范圍是在高頻，無線廣播的頻率為100 kHz ' 3 MHz，屏蔽它比較有效。但是不能排除，那么采用較強(qiáng)的濾波或低的最大頻率會有幫助。
????? 較高門檻 增加AE門檻，隨有效，但會降低檢測靈敏度。
????? 浮動門檻 隨RMS增加門檻是老的聲發(fā)射方法，也會降低靈敏度和獨(dú)立門檻的參數(shù)（計(jì)數(shù)和持續(xù)時間）。
????? 定位或到達(dá)通道 反射出AE區(qū)域
????? 探頭順序排除（guard) 放置一個guard 探頭在已知的聲發(fā)射源和感興趣的區(qū)域之間，該方法是一個古老的排除噪音的方法，該探頭承認(rèn)很寬聲發(fā)射允許的區(qū)域。
????? 探頭順序包含 當(dāng)已知的特殊或臨界區(qū)域正在產(chǎn)生AE 時，一個反guard 的情況出現(xiàn)，該方法基本上與guard 探頭相似，然而，該AE反射一個寬范圍的噪音區(qū)域集中在一個小區(qū)域內(nèi)。
????? 定位排除 定位分析比簡單的guard探頭更有效，然而其結(jié)果依賴于定位質(zhì)量。
????? 定位包含 (群集-clustering) 定位包含有兩個優(yōu)點(diǎn)：1、比探頭順序更精確；2、事件群集，即使定位不是絕對的準(zhǔn)確，指示了信號源的重復(fù)散射。
????? 聲發(fā)射同時到達(dá)多個探頭--無效的分析 ( t=0) 下面列出了3種情況，噪音同時對于多個通道產(chǎn)生影響，探頭的臨界區(qū)域不是在探頭的中心位置。1、模擬系統(tǒng)，產(chǎn)生很大的互擾（兩個通道的干擾）；2、EMI也許在同一時間影響許多通道；3、從長垂直距離傳播的聲波將近乎于同時到達(dá)平面陣列，這種噪音會在罐底泄露檢測中遇到。
????? 信號/參數(shù)相關(guān)性 分析/拒絕有特殊特性的信號
????? 前端濾波 前端濾波是在數(shù)據(jù)存儲之前拒絕事件，該濾波機(jī)理可被列出。
????? 加載范圍排除 尤其是在疲勞試驗(yàn)時，排除特定的載荷水平（泄載）以消除噪音源。
????? 包含評價(jià)區(qū)域 如果某個區(qū)域的測試是臨界（高載荷、專用成分載荷），AE分析被限制在這些區(qū)域
????? 其它參數(shù)范圍 一般載荷范圍試驗(yàn)，依賴于什么參數(shù)輸入AE參數(shù)
????? 起初的載荷，排除或不考慮AE（試驗(yàn)室試驗(yàn)） 載荷固定裝置在開始時滑動，在材料試驗(yàn)中，這點(diǎn)被認(rèn)為是，在應(yīng)力應(yīng)變曲線上能看到
????? 1-維信號參數(shù)分離 從幅度的一邊，一些類型的噪音產(chǎn)生特殊的參數(shù)。通過長程序時間，有時可以區(qū)分泄露和摩擦。
????? 2-維信號相關(guān)性 有時組合兩種參數(shù)，是最有效的噪音鑒別器。例如，典型的突發(fā)AE信號的計(jì)數(shù)/持續(xù)接近探頭的響應(yīng)；電子噪音通常產(chǎn)生高幅度和短持續(xù)時間的撞擊；摩擦和泄露產(chǎn)生長持續(xù)時間和低幅度信號撞擊。
????? 模式識別（多參數(shù)相關(guān)性） 通過提供噪音和信號的模式，模式識別根據(jù)它們相似的或與模式不同，開發(fā)了對于信號分類的準(zhǔn)則?
????? 基于傳播/測量源的外貌，包含/剔除信號 個別的結(jié)構(gòu)獨(dú)立的撞擊和事件的觀察，勝于嚴(yán)格的經(jīng)驗(yàn)觀察。例如，結(jié)構(gòu)波（平板上的平板波，殼體上的波）有特殊的屬性，源可以有不同的尺寸和趨向。如果值得研究時，這些方法需要更多的討論。
????? 選擇噪音? 聲發(fā)射檢測中特定的噪音
????? 注意噪音脈沖 在測試過程中，工作不慎產(chǎn)生的噪音會產(chǎn)生突發(fā)的AE 信號（無意識的試驗(yàn)人員、無關(guān)的工廠操作、錯誤的通信等），充分的注意這些是最簡單的排除噪音的方法。
????? 3. 最佳降低噪音的目標(biāo)
　　任何目標(biāo)的失敗都由于幾個別的問題，下面是一個或更多的尋找的問題：
　　?限制假撞擊
　　?限制不準(zhǔn)確的測量(由于信號的背靜噪音)
　　?限制重復(fù)撞擊/事件
　　?保存?zhèn)€別的撞擊和噪音的特征以便區(qū)分他們
　　這些效果依賴于更多測量的基礎(chǔ)特征：時間間隔、電壓水平、測量水平（即門檻）。選擇最好的工具依賴于如何使用獨(dú)立的特殊效果，對于這些測量的目標(biāo)水平是能夠建立達(dá)到的特殊試驗(yàn)環(huán)境，即從這些結(jié)果中設(shè)置現(xiàn)實(shí)的預(yù)期環(huán)境。
　　3.1 噪音影響信號
　　對于系統(tǒng)來說，高信噪比通常給出了質(zhì)量系數(shù)。通過RMS測量AE的連續(xù)背靜噪音，因?yàn)锳E門檻被用作撞擊檢測和確定測量的門檻量是非常重要的，門檻恰好在噪音之上，將減少門檻的影響的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上，高門檻將導(dǎo)致低靈敏度和少信號，使得近門檻的信號受門檻影響更大。理論上，門噪比和信門比都應(yīng)該大于10。
　　也要求在所有的試驗(yàn)中，用相同的門檻以保證試驗(yàn)結(jié)果的可比性。因此，某些試驗(yàn)通常有特殊的門檻（大多數(shù)材料門檻為40 dBAE ，復(fù)合材料的聲發(fā)射活動率較高：55 dBAE， 安靜的材料為 30 dBAE）。
　　3.2 AE信號和事件的干擾
　　事件的干擾問題發(fā)生在三個方面： (1) 到達(dá)和反射的重疊， (2) 獨(dú)立但是同時發(fā)生撞擊的重疊，和 (3) 獨(dú)立但同時發(fā)生的事件的重疊。第一個問題更容易出現(xiàn)的當(dāng)事件的生存時間比穿過該結(jié)構(gòu)所需要的時間長時；第二和第三個方面是相關(guān)的。因?yàn)槭录膲勖喈?dāng)于事件率的倒數(shù)時，可以計(jì)算出飽和極限。然而，當(dāng)這兩個參數(shù)僅僅在幾個序列值之間時，可測量的重疊變的有意義。
　　對于進(jìn)行的試驗(yàn)，兩個非常有用的準(zhǔn)備步驟是信號的衰減測試和背景噪音檢查。在許多的標(biāo)準(zhǔn)中，信號衰減測試被推薦測量探頭的距離從一個探頭的辨別距離。該距離直接與事件的壽命和材料的聲速有關(guān)，通過在增加的距離上，制造人為聲發(fā)射（典型的為鉛筆芯折斷）信號，在考慮到門檻的情況下，確定人造源的辨別距離。這樣類似的試驗(yàn)用于確定事件壽命和聲速。背景噪音的檢查能夠幫助得到環(huán)境的RMS測量，了解在沒有載荷的情況下，產(chǎn)生的任何假撞擊。
? 　 3.3 匯總
　　表 3.3 是基于該部分的信息的一些實(shí)際的規(guī)則的清單
????? 表 3.3 對于噪音和干擾情況的描述
????? Desirable conditions for noise/interference-free AE monitoring
????? 原則 關(guān)系Desired relation 建議Recommendations
????? 從背景噪音限制門檻-穿過 門檻/噪音 >> 1 門檻 > rms + 15 dB
????? 限制由于接近門檻的信號產(chǎn)生的不準(zhǔn)確 信號/門檻>>1 使用撞擊或能量在參考計(jì)數(shù)或持續(xù)時間，當(dāng)大多數(shù)撞擊接近門檻時
????? 限制撞擊重疊 (撞擊持續(xù)) x (撞擊率/通道) << 1 當(dāng)撞擊級聯(lián)參數(shù)當(dāng)撞擊率 > 10/秒
????? 限制事件重疊 (時間壽命) x (事件率) << 1 用定位曲線繪制定位不準(zhǔn)確度圖
????? 限制錯誤事件的組合 FHC (最大時間差delta-T) >> 事件的持續(xù)時間?
????? 4. 使用華倫（ Vallen Systeme）系統(tǒng)特征限制噪音
　　AE 系統(tǒng)的處理噪音功能是不同的，AMS3 和 AMSY4 有許多先進(jìn)的功能，使得在AE應(yīng)用過程中，以最有效的可能的手段幫助處理噪音。
　　4.1 透明（內(nèi)置）的功能處理噪音
　　AE用戶們不必知道系統(tǒng)內(nèi)部的背景噪音水平，但是他/她將從負(fù)責(zé)的系統(tǒng)生產(chǎn)廠商那里獲得好處。華倫（ Vallen-Systeme） AMS3 型聲發(fā)射儀器是有低的環(huán)境噪音，當(dāng)時設(shè)計(jì)時是最好的系統(tǒng)， AMSY4 系統(tǒng)與 前放AEP4瞄準(zhǔn)了新的目標(biāo)，這些功能不是表現(xiàn)在表面上的，除非你使用其他廠商的系統(tǒng)。
　　4.2 AE 采集范圍的選擇
　　AMSY4系統(tǒng)有幾個工具對用戶控制 它的最佳的頻率-門檻采集范圍，其卓越的功能：
　　?插入濾波高通和低通模塊(個別改變)
　　?軟件選擇兩個高通中的一個濾波器
　　?用波峰系數(shù)定義門檻（固定最小水平），這將增大門檻比rms-值 x 波峰系數(shù)，如果該值大于設(shè)置的門檻時（' 浮動門檻）。
　　另外，數(shù)據(jù)采集可以通過系統(tǒng)的前面板的開關(guān)，選擇開/關(guān)，通過打開或關(guān)閉外接接頭的抑止線，最終通過外界參數(shù)PA0的電壓范圍，定義參數(shù)采集設(shè)置菜單。當(dāng)處于某一個AE參數(shù)的范圍之內(nèi)時，在數(shù)據(jù)存儲之前，根據(jù)拒絕的數(shù)據(jù)定義前端濾波。
　　4.3 AE 特征和定位范圍的選擇
　　在AMS3和AMSY4的軟件中，有許多供用戶選擇的排除噪音功能。有兩個機(jī)構(gòu)允許用戶進(jìn)行復(fù)雜的濾波，并且以同樣的數(shù)據(jù)設(shè)置并行使用（即比較幾個不同的濾波排列）。這兩個機(jī)構(gòu)是：1、使用定位設(shè)置；2、對每一個定位設(shè)置濾波。在多圖中定義和使用每個定位的設(shè)置，將被獨(dú)立分析從其它所有的定位設(shè)置，每個定位設(shè)置也有其自己的濾波設(shè)置。這就意味著你以不同的濾波條件下，同時分析數(shù)據(jù)，很容易地以該方法比較不同濾波（無濾波）結(jié)果。該濾波器能夠比較大量AE參數(shù)，包括下面描述的個別方法，下面介紹從AE中辨別和分離噪音的有效濾波器（有些僅僅選擇軟件模塊）：
　　?選擇guard 或組合guard 探頭替換normal 探頭
　　?參數(shù)的電壓（載荷、應(yīng)變水平、溫度范圍等）、循環(huán)編號
　　?多邊形定位軟件算法，放置附加探頭
　　?通道順序、延遲時間、事件中的撞擊
　　?完善的Clustering 功能
　　?定位不準(zhǔn)確度計(jì)算 (LUCY)
　　?AE測量值和其它濾波器的標(biāo)記
　　?TRA-AE 參數(shù)擴(kuò)展、相關(guān)和濾波
　　?模式識別(用VisualClass 可選軟件)
　　AMSY4 的揉性數(shù)據(jù)地址（通過用戶定義表格、絕對時間或數(shù)據(jù)設(shè)置）， 能被使用到任何獨(dú)立的試驗(yàn)段，還可以加到濾波器上。
　　4.4 噪音的特征鑒別
　　AMS3和AMSY4 系統(tǒng)提供了許多的有用的功能，在噪音的鑒別方面：RMS測量、級聯(lián)測量、定位不準(zhǔn)確度（LUCY）和AE測量標(biāo)記，它們都可以用以幫助辨別噪音。在AE噪音或干擾值得懷疑時，所有的這些在多幅圖中，都可以作為AE參數(shù)繪制圖。
????? 5. 總結(jié)
　　聲發(fā)射用戶使用了這些擴(kuò)充的方法，將比在他/她的環(huán)境被動的接收噪音，達(dá)到較好的結(jié)果。
　　6. 進(jìn)一步閱讀
????? Nordstrom, R., Vallen, H., "AE檢測中防止噪音的方法" 23rd Conference of the European Working Group on Acoustic Emission (EWGAE), Vienna, Austria, May, 1998, 6 pages?