近年來，家具行業(yè)在環(huán)保意識高漲、木材資源有效利用、適當?shù)募庸た刂啤⑸a(chǎn)自動化以及產(chǎn)品的[1]等觀念下，無損檢測之需求有增多的趨勢，只是在實用上仍有待進一步研究。
聲發(fā)射技術(shù)作為一種無損檢測技術(shù)，在國內(nèi)外許多行業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。家具是各種木質(zhì)材料的終端產(chǎn)品，其附加值，消費者對其品質(zhì)也相對要求較為嚴格，再加上國際家具市場競爭激烈，因此家具工業(yè)的發(fā)展，有賴于制造技術(shù)之提高及產(chǎn)品品質(zhì)之改善，因此結(jié)合聲發(fā)射檢測技術(shù)的特點探討一下其在家具質(zhì)量檢測中的應(yīng)用前景是十分有必要的，在國內(nèi)中國臺灣國立中興大學對其進行了研究[2]。
1 聲發(fā)射技術(shù)簡介
聲發(fā)射，acousticemission,簡稱ae，是材料中局域源能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象[3]。聲發(fā)射技術(shù)是一種無損檢測技術(shù)，形象地講，就像醫(yī)生“聽診”一樣，只不過醫(yī)生是用對人體進行病情診斷，而聲發(fā)射是用傳感器對材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行故障或破壞檢測。
1.1 聲發(fā)射現(xiàn)象
聲發(fā)射是一種常見的物理現(xiàn)象。裂紋的形成和擴展產(chǎn)生聲發(fā)射，是一種主要的聲發(fā)射源，一旦裂紋形成，材料局部地區(qū)的應(yīng)力集中得到卸載，即產(chǎn)生聲發(fā)射，如釋放的應(yīng)變能足夠大，就可產(chǎn)生聽得見的聲音。實際上，裂紋在穩(wěn)定擴展時，也能產(chǎn)生人耳聽不見的聲音，這也是目前聲發(fā)射技術(shù)的主要研究范圍。
1.2 聲發(fā)射檢測技術(shù)的基本原理
聲發(fā)射檢測技術(shù)的基本原理是利用耦合在材料表面上的傳感器將材料內(nèi)部聲發(fā)射源產(chǎn)生的彈性波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?然后用電子設(shè)備將電信號進行放大和處理,使之特性化,并予以顯示和記錄,從而獲得材料內(nèi)聲發(fā)射源的特性參數(shù).通過分析檢驗過程中聲發(fā)射儀器所得的各種參數(shù),即可知道材料內(nèi)部的缺陷情況.如果用多通道聲發(fā)射檢測系統(tǒng),還可以確定聲發(fā)射源即缺陷的具體部位[4]。
聲發(fā)射檢測系統(tǒng)一般由傳感器、前置放大器、信號記錄和處理系統(tǒng)三部分構(gòu)成,如圖1所示：
2 聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用
獲取家具材料或構(gòu)件的聲發(fā)射信號源特征（源定位、破壞類型，破壞程度等）是聲發(fā)射檢測技術(shù)應(yīng)用到無損檢測中的主要目的之一，而獲取聲發(fā)射源特征的最可行方法是對聲發(fā)射信號進行處理和分析。聲發(fā)射技術(shù)對檢測瞬態(tài)不穩(wěn)定性是十分靈敏的，人們就是利用了這種靈敏性，對材料的斷裂或其它行為進行分析和研究。
2.1 聲發(fā)射源的定位
聲發(fā)射源即破壞源，對破壞源進行精確定位，從而做出及時有效的修補措施是聲發(fā)射技術(shù)的主要目的之一。
目前，聲源的定位方法很多，較常見的有：區(qū)域定位法和時差定位法[5]。
（1）區(qū)域定位法的定位結(jié)果是表示一定區(qū)域內(nèi)的缺陷，所以具有不確性，但該方法靈活且檢測范圍大。
（2）時差定位法是指將幾個傳感器按一定幾何關(guān)系放在固定點上，測定源聲波傳播到各傳感器的時差，將這些時差代入滿足該陣列幾何關(guān)系的方程求解，即可得到缺陷的位置坐標，可分為線定位、面定位及三維定位等。
以的線定位舉例如下：
在一維空間放置兩個傳感器，如圖2，聲發(fā)射波從聲源q到達傳感器s1和s2的時間差為△t,聲速為v，根據(jù)幾何關(guān)系容易得到如下關(guān)系式：
由上式可見，聲發(fā)射源位于一條雙曲線上，即此雙曲線上所有的點離兩個傳感器的距離差相等，兩傳感器即為雙曲線的焦點。
2.2.聲發(fā)射信號的處理技術(shù)
總體來說，ae信號處理方法可分為參數(shù)分析法和波形分析法[6]。
（1）常用的聲發(fā)射信號的表征參數(shù)主要有聲發(fā)射事件數(shù)、振鈴計數(shù)、聲發(fā)射振幅值、事件持續(xù)時間等。如圖3所示：
（2）波形分析方法是指對ae信號波形進行記錄分析，理論上來說，波形分析應(yīng)該是實現(xiàn)定量分析的確的方法，因為它包括了聲發(fā)射事件的所有信息。如：我國學者利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)區(qū)別缺陷類型，并判斷出裂紋的危害程度。
3.聲發(fā)射技術(shù)在家具質(zhì)量檢測中的應(yīng)用探討
3.1.聲發(fā)射技術(shù)與其他無損檢測技術(shù)的比較
通過以上介紹，我們知道ae檢測技術(shù)是判斷內(nèi)部損傷程度的一種新型動態(tài)無損檢測方法，與其他無損檢測技術(shù)相比。其優(yōu)勢如下：
（1）適用范圍廣，幾乎所有材料在變形和斷裂時均產(chǎn)生聲發(fā)射聲發(fā)射；
（2）檢測靈敏度高，聲發(fā)射波來自缺陷本身，可以得到有關(guān)缺陷的豐富信息；
（3）可對聲發(fā)射源進行精確定位，從而進行及時有效的修復工作；
（4）對動態(tài)缺陷敏感，可對缺陷的產(chǎn)生、擴展、破壞進行實時、連續(xù)的在線監(jiān)控，并據(jù)此評價缺陷的實際危害程度、結(jié)構(gòu)的完整性和預期使用壽命，因而適用于工業(yè)過程在線監(jiān)控及對可能出現(xiàn)的缺陷提前預警；
（5）對被檢工件的幾何形狀不敏感,適用于其它方法不能檢測的復雜形狀構(gòu)件等。
通過對聲發(fā)射技術(shù)特點的總結(jié)分析，我們可以預見其在家具質(zhì)量檢測中的應(yīng)用的適用性及實用性。
3.2.聲發(fā)射檢測技術(shù)在家具行業(yè)中的應(yīng)用研究
如上述聲發(fā)射技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用所說，就聲發(fā)射技術(shù)本身而言，它已日趨成熟；又如上述所歸納總結(jié)的特點可以看出其具有其他無損檢測技術(shù)難以匹及的優(yōu)勢，但由于各方面的原因，其在家具行業(yè)的應(yīng)用還尚為罕見，筆者總結(jié)現(xiàn)有的文獻資料，認為聲發(fā)射檢測技術(shù)在以下幾個方面有相當?shù)膽?yīng)用價值。
3.2.1傳統(tǒng)家具如:明清紅木家具等的無損鑒定評估
通過ae技術(shù)我們有望對流傳下來的名貴傳統(tǒng)家具的完整性,破損程度，破壞源等進行無損鑒定，還可以根據(jù)其ae信號波形特征和參數(shù)特征對其進行量化的等級劃分，即如完好無損，輕度損壞，嚴重損壞等。同時，有文獻報道，根據(jù)ae檢測技術(shù)還可以推測材料或構(gòu)件的剩余壽命，因此，推算已經(jīng)有一定使用年限的名貴家具的剩余壽命也是我們可預見的，以求對這些家具進行更好的維修與防護。
例如，對一把明代黃花梨圈椅進行檢測，依據(jù)以上聲發(fā)射檢測技術(shù)的應(yīng)用特點，理論上只要安置足夠多的高靈敏度傳感器，就能通過分析ae檢測所反應(yīng)的信號特征對其損傷部位進行定位，同時對其完整性以及損傷程度進行鑒定，對其剩余壽命進行評估。
3.2.2完善現(xiàn)代家具質(zhì)量量化檢測體系
根據(jù)現(xiàn)有家具行業(yè)標準，目前我國的家具質(zhì)量力學性能檢測主要還是依靠人工來定性觀察破壞試驗后家具是否出現(xiàn)明顯裂痕，構(gòu)件是否脫離或松動，尺寸是否變化[9]等等，這需要有足夠?qū)I(yè)知識的工作人員根據(jù)經(jīng)驗去評定，而且不同的人由于主觀的因素所得出的結(jié)果也不同。從聲發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用特點及已經(jīng)應(yīng)用的領(lǐng)域可以看出其在量化缺陷評定方面有其的優(yōu)勢，許多研究已經(jīng)表明，在材料斷裂很早之前就產(chǎn)生聲發(fā)射，聲發(fā)射技術(shù)能靈敏的檢測動態(tài)裂紋的起始點，同時聲發(fā)射的發(fā)生率隨著時間而變化，裂紋的擴展速率與聲發(fā)射振幅總和存在一定的關(guān)系，不同的裂紋長度所得到的ae信號也有所不同且具有一定的規(guī)律[10][11]等等，因此應(yīng)用ae檢測技術(shù)使得對家具力學性能的量化檢測評定成為可能，同時可以比較準確的檢定家具的有效使用壽命。
3.2.3家具板材的各種力學性能檢測
材料的力學性能是材料設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性評估的重要參數(shù)，同時也有助于預測其剩余壽命，因此各種板材的力學性能強度是家具質(zhì)量好壞的基礎(chǔ)。近年來，聲發(fā)射技術(shù)在家具行業(yè)方面的應(yīng)用研究已經(jīng)涉及到對各種家具板材進行力學性能的檢測，如徐慧等人在2004年對多種木材及木制品加載進行ae檢測等。
3.2.4木材干燥過程的自動化控制以及機械加工監(jiān)測
木材的干燥質(zhì)量及切削質(zhì)量對于家具的整體質(zhì)量有著尤為重要的影響，因此將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于木材木材干燥與機械加工方面也是十分必要的。在干燥過程中,木材內(nèi)部會在溫度變化的情況下產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，從而釋放應(yīng)變能,因此產(chǎn)生大量的ae信號。將*的信號分析技術(shù)和自動化技術(shù)結(jié)合,深入研究干燥過程中木材含水率、變形和開裂與ae特征參數(shù)之間的關(guān)系,建立模型,基準和工藝參數(shù)便可以自動實時調(diào)整,從而使得整個干燥過程得以自動監(jiān)控。通過切削過程中產(chǎn)生的ae信號,研究切削狀態(tài)、含水率等對聲發(fā)射的影響,可實現(xiàn)控制切削過程中缺陷的產(chǎn)生和對刀具損耗情況的監(jiān)測。而事實上，國內(nèi)外科研人員也早已開始了在這方面的研究，例如：r.honeycutt等人利用聲發(fā)射技術(shù)，特別是ae計數(shù)率控制紅橡的窯干速率等。
3.3.ae技術(shù)的檢測裝置及基本應(yīng)用程序
ae技術(shù)的主要檢測裝置如圖4-圖9。其基本應(yīng)用步驟首先是準備工作，確定傳感器陣列，并放置好各傳感器，保證良好的耦合；然后是檢查接好的線路，并設(shè)定條件；接著是校準檢測的系統(tǒng)并除去干擾噪聲；再接著就可以進行檢測和信號收集了，最后處理信號、評定結(jié)果，并出具檢測報告[12]。
4.結(jié)語
聲發(fā)射是材料破壞的現(xiàn)象，是材料內(nèi)部狀態(tài)的真實反映，而且聲發(fā)射檢測技術(shù)在材料和構(gòu)件的動態(tài)實時監(jiān)測方面是其他無損檢測方法*的,所以筆者相信聲發(fā)射技術(shù)定將成為家具質(zhì)量無損檢測的有效手段。
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