前言
目前為止，聲發射技術作為一種全新的無損檢測方法，在發達國家已得到廣泛應用，我國的聲發射技術起步于70年代，通過幾十年的發展，已廣泛應用于許多領域，如用于壓力容器、管道的檢測，核工業、航空、航天工業重要部位的檢測等，金屬材料、復合材料及磁性材料的聲發射檢測等，也用在金屬切削中。在木材加工領域內，AE早已應用在木材及其制品的非破壞檢測及干燥應力的監測等方面。在木材切削方面，國內研究雖還是一片空白，但日美等國家已做了一系列研究，并逐步在生產中應用。
1、聲發射技術簡介（定義、測量、分析）
1.1木材切削中的聲發射
在產品加工過程中，由于加工應力的作用，被加工工件的材料缺陷地區應力集中，導致該區域能量集中。當材料的受力達到一定程度后，使得缺陷地區開始發生微觀屈服變形，于是應力得到松馳，多余能量以應力波的形式向外釋放。這種在材料中傳播的應力波就叫做聲發射(AcousticEmission，簡稱AE)。聲發射波的頻率范圍很寬，從次聲頻、聲頻直到超聲頻，可包括數Hz到數MHz；其幅度從微觀的微錯運動到大規模宏觀斷裂，
木材切片機在很大范圍內變動。
木材切削過程中，機床、刀具和工件中任何一個部件變形破壞釋放能量時都將有聲發射。與木材切削過程密切相關的聲發射源，是工件切削區木材在刀具作用下發生剪切、壓縮、彎曲變形破壞所產生的。所以木材切削過程存在如下幾種潛在的聲發射源：切削區木材剪切區域的塑性變形，切屑在前刀面上的滑動，斷裂屑瓣撞擊前刀面，產生超越裂縫時的劈裂及切屑斷裂，切削平面以下木材層和后刀面的摩擦。因此，在木材切削過程中產生非常豐富的聲發射信號。
AE信號可分為突發型和連續型兩種。突發型AE信號是在表面上開裂時產生的，其信號幅值較大，各聲發射事件之問間隔較長，如刀具的異常磨損、破損時釋放的彈性波能量轉換成聲音傳播，主要發出非周期的AE信號。連續型聲發射信號幅值較低，事件發生的頻率較高，以致難以分為單獨事件，比如由木材的彈塑性變形和正常切削發出的AE信號等。
由于AE提供了工件、刀具等狀態變化的有關信息，故是一種良好的木材切削在線監測手段。
1.2聲發射信號特征參數
(1)聲發射事件
圖1是一個突發型信號的波形，經過包絡檢波后，波形超過預置的閾值電壓形成一個矩形脈沖。如果一個突發型信號形成一個矩形脈沖叫做一個事件，這些事件脈沖數就是事件計數。單位時間的事件計數稱為事件計數率，其計數的累計則稱為事件總數。圖2是一個聲發射信號的振鈴波形，設置某一閾值電壓，振鈴波形超過這個閾值電壓的部分形成矩形窄脈沖，計算這些振鈴脈沖數就是振鈴技術。圖示的振鈴計數為5。這是對振幅加權的一種計數方法，如果改變閾值電壓，則振鈴計數也發生變化。單位時間的振鈴計數率( ring -down count rate)稱為聲發射率，累加起來稱為振鈴總數。取一個事件的振鈴計數稱為事件振鈴計數或振鈴／事件。
(2)振幅及振幅分布
振幅分布又稱幅度分布，振幅是指聲發射波形的峰值振幅。振幅及振幅分布被認為是可以更多地反映聲發射源信息的一種處理方法。它既可以是事件計數對振幅的分布，也可以是振鈴計數對振幅的分布。振幅分布有兩種表示方法，即微分型和積分型。試驗表明，不同的聲發射源具有不同的振幅分布譜。有隨振幅增加計數單調減少的分布譜、有高斯分布譜，但經常遇到的是在比較寬振幅比的范圍內，以雙對數表示為負斜率m的直線分布譜。
(3)能量
聲發射能量反映了聲發射源以彈性波形式釋放的能量。能量分析是針對儀器輸出的信號進行
式中，V(t) -隨時間變化的電壓，R-電壓測量電路的輸入阻抗。
1.3聲發射(AE)的測量與處理
利用相關儀器檢測聲發射信號，根據信號推斷材料或結構內部聲發射源的位置及其產生機理的實驗技術，即是聲發射技術。形象地講，這是一種“聽聲”技術，即像醫生用聽診器對人體聽聲來診病一樣，通過“聽”材料內部故障聲音（聲發射）來對構件進行診斷。聲發射技術是一種新興的動態無損檢測技術，涉及聲發射源、波的傳播、聲電轉換、信號處理、數據顯示與記錄、解釋與評定等，基本原理如圖3所示。
聲發射源發出的彈性波，經介質傳播到達被檢物體表面，引起表面的機械振動。經聲發射傳感器將表面的瞬態位移轉換成電信號。聲發射信號再經放大、處理后，形成其特性參數，并被記錄與顯示。最后，經數據的解釋，評定出聲發射源的特性。
聲發射檢測系統一般由傳感器、前置放大器、信號采集系統、高速總線、計算機、系統外設（如鍵盤、顯示器、打印機）等組成。圖4是聲發射檢測系統的原理框圖。
傳感器
傳感器接收聲發射信號，它的靈敏度直接影響聲發射儀器的性能。傳感器的耦合、布置及試件的聲學特性都會影響傳感器的特性。為此在進行聲發射檢測時測效果，傳感器和試件之間必須良好耦合，耦合劑的特性和耦合方法影響檢測效果，通常采用黃油、機油、凡士林作為耦合劑。目前，國內多用壓電式聲發射傳感器，為接觸式。它們一般具有很小的阻尼，在諧振時具有很高的靈敏度。近幾年，國外已開始用頻率特性平坦、垂直位移靈敏、能最大限度的消除或避免諧振變形的非接觸式電容還能器。
前置放大器
前置放大器置于傳感器附近，用于放大傳感器的輸出信號。主要功能為：
a、為高阻抗傳感器與低阻抗傳輸電纜之間提供阻抗匹配；
b、抑制放大微弱輸入信號，改善信噪比；
c、通過差動放大，抑制傳感器、電纜引進的共模噪聲。
信號采集系統
此系統由濾波器、模擬多路轉換開關、采樣／保持電路及模擬／數字( A/D)
轉換器組成。大多數金屬材料聲發射信號的頻率范圍在100KHz - 500KHz，木材及木制品聲發射信號的頻率范圍為50KHz - 200KHz。因而，聲發射檢測的頻率窗口設在這一范圍較合適。
模擬／數字( A/D)轉換器是將模擬信號轉換為數字信號，以便計算機作信號處理。
聲發射信號處理技術所涉及的內容十分廣泛，其技術復雜程度相差很大。總體來說，聲發射信號處理的方法可以歸納為參數分析法和波形分析法。(1)參數分析是一種較為成熟的方法，常用的聲發射信號特征參數有：聲發射事件、振鈴計數率和總數、幅度及幅度分布、能量及能量分布、信號持續時間、信號脈沖前沿上升時間等。(2)波形分析方法是指對聲發射信號的波形進行記錄和分析，得到信號的頻譜及相關函數等。從理論上講，波形包含了事件的全部信息，波形分析應當能給出任何所需的信息，因而也應是最精確的、能實現定量分析的方法。同時，隨著計算機技術和信號處理技術的迅速發展，聲發射波形分析也發展成為包括頻譜分析在內的人工神經網絡、小波分析和分行分析等先進的信號分析技術。 （待續）
