摘要 对于工业管道，通常按一维问题进行线定位。由于理论分析与实际情况不相符合，必然产生伪定位。考虑到声源定位与其信号的传播过程密切相关，在工业管道上对声发射模拟源信号进行了幅值分析和能谱分析，论述了信号的幅值特性和能谱特性。为了消除伪定位的影响，提高声发射检测的准确度，对工业管道按一维线定位时的伪定位分布规律进行了分析。从理论上得到的结论为：当声源位置不在传感器所在母线上时，引起的伪定位时差随着声源所在母线与传感器所在母线之间的圆心角增加而增加，伪定位位置相对声源轴线位置偏向于相距它比较近的传感器一侧，在2种规格工业管道上进行了试验验证，试验结果与理论分析结论一致。

主题词 工业管道；声发射；定位；伪定位；分析
0 前言
对工业管道进行声发射检测时，通常按一维问题进行线定位。在这种情况下，当声源不在两个传感器所在母线上时，必然产生伪定位。作者通过理论分析，得到了伪定位坐标的分布规律。在2种规格的工业管道上进行了试验验证，结果令人满意，表明所提出的伪定位分析方法具有推广价值。考虑到声源定位与其信号的传播过程密切相关，对工业管道上的声源信号传播过程进行了分析。它包括幅值分析和能谱分析两部分内容。
1 声发射信号的幅值分析和能谱分析
声源定位与声源信号的传播过程密切相关。对于分离型声源信号。由于波前的散射，使得信号幅值降低。声源信号的幅值衰减情况是反映它的传播特征之一。在图1中的1号工业管道上测定了声源信号的幅值衰减情况，2个接收传感器S1和S2，与模似源（CAL-2）的触发传感器在同一条母线上。分别在N1-N9处改变触发传感器的轴线位置进行幅值测定。测定结果见表1。
 

从幅值测定结果看出：当接收传感器距离声源超过12m时，声源信号的幅值已衰减到与管道中工艺流体背景噪声幅值相当的程度。故认为工业管道在线监测的传感器最大间距不宜过长，以免丢失材料的损伤信号。
为了从另一个方面反映声源信号的传播情况，对在1号工业管道上接收的声源信号进行了能谱分析。分析结果见表2。
表2中距离为触发传感器和接收传感器之间的距离；频率为模拟源信号的频率；具体数值为接收信号的能量值（V2）。从能谱分析结果看出：在工业管道上声源信号频率越高，传播的有效距离就越短。认为这是声源信号频率增加时频散现象增加，相应的能量减少而引起的。




2 工业管道的伪定位分析方法
工业管道细长，进行声发射检测时，通常一维问题进行线定位，如图2。2个传感器S1和S2位于管道表面的同一条母线上。当声源在这条母线上时（如图2中A点），线定位计算公式如下：
 

式中X为定位坐标值；l为两个传感器之间的距离；V为声源信号的波速：△t为时差（绝对值）；sgn（△t）为符号函数。当声源位置不在这条母线时（如图2中B点），应用式（1）进行线定位计算。必然产生伪定位。声源信号由B点传播首先到达传感器S1和S2的传播路径为螺旋线，2条螺旋线的长度Lu和Lz设l2＞l1,2个传感器接收信号的时差由下式计算：



式中R为工业管道的外半径；a为声源所在母线与传感器所在母线之间的圆心角。为分析声源在工业管道表面同一圆周不同母线处的时差△t变化情况，将式（2）两端对a求偏导：


当l2＞l1时，式（3）大于0。表明由于声源位置不在传感器所在的母线上，引起的伪定位时差△t随着a的增加而增加。不考虑或者考虑不到伪定位时差的影响进行定位计算，就会得到伪定位坐标。取sgn（△t）=1，将式（1）改写为：


当△t增加时，l1减小。表明伪定位位置相对声源的轴线位置偏向于相距它比较近的传感器一侧，如在图2中B1点是B点的伪定位点。相对于工业管道的纵向对称面，B点对称点的伪定位点也是B1点。一般情况下，声源坐标与伪定位坐标并不存在一一对应的关系。由声源定位时差和伪定位时差相等的条件，可以得到下式：


在声源轴线位置确定的条件下，式（5）表面了声源母线位置和伪定位位置之间的对应关系。由式（5）可以进行反演计算。 
3 试验系统和试验结果分析
为试验建立了如图1所示的试验系统。在2号和3号工业管道上采用断铅进行模拟试验。N1-N5为断铅的轴线位置。圆周方向上a角取值为0°，45°，90°，135°，180°。从表3可以看出：随着a的增加。伪定位时差具有增加的趋势。同时，伪定位位置也具有偏向于距声源较近传感器一侧的趋势。试验结果与理论分析结论一致。


4 结论
（1）在声发射技术领域，从理论上提出了工业管道按一维线定位时的伪定位分析方法。由该方法确定的规律为：由于声源位置不在传感器所在母线上，引起的伪定位时差随着声源所在母线与传感器所在母线之间的圆心角增加而增加。伪定位位置相对声源轴线位置偏向于相距它比较近的传感器一侧。
（2）在2种规格的工业管道上进行了试验验证，试验结果与理论分析结论一致，表明所提出的伪定位分析方法具有推广价值。
参考文献（略）