ICS 17.160 J 04
中华人民共和国国家标准
GB/T25889—2010/ISO22096:2007
机器状态监测与诊断 声发射
Condition monitoring and diagnostics of machines-
Acoustic emission
(ISO22096:2007,IDT)
2010-12-23发布
2011-06-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T25889-2010/ISO22096:2007
前言
本标准等同采用ISO22096：2007《机器状态监测与诊断声发射》（英文版）。 本标准等同翻译ISO22096：2007。 本标准与ISO22096：2007相比，编辑性修改内容如下：
将“本国际标准”改为“本标准”；删除了国际标准前言：国际标准号言用我国的语言方法表述：对ISO22096：2007引用的其他国际标准，有被等同采用为我国标准的用我国标准代替相应的国际标准，未被采用为我国标准的直接引用国际标准。
本标准由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53）提出并归口。 本标准主要起草单位：武汉理工大学、中国特种设备测试研究院、广州市计量检测技术研究院、郑州
机械研究所。
本标准的主要起草人：向阳、沈功田、周伦彬、韩国明。 GB/T25889—2010/IS022096:2007
引言
声发射（AE)技术可作为一门独立的状态监测技术使用，也可作为其他状态监测技术（振动、红外等等)的补充用于机器状态分析和诊断/预测。由于AE技术的特性，并没有必要掌握所要监测机器的运行机理，但是对它的理解可以从AE现象的结果中最大限度地获取数据。作为机器状态监测的诊断工具，根据机器的安全程度，AE可采用固定式、半固定式或者便携式系统。一个典型的AE系统包括：传感器、放大器、滤波器和数据采集系统。根据特定的应用场合，一系列AE特性可以从获取的AE中抽取出来以指示机器的状态。
Ⅱ GB/T25889-2010/ISO22096:2007
机器状态监测与诊断声发射
1 范围
本标难规定了在一定状态和环境下应用声发射进行机器状态监测和诊断所遵循的一般原则。 本标准适用于所有机器及相关部件，但仅涉及对结构进行的测量。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T20921机器状态监测与诊断词汇（GB/T20921—2007，ISO13372：2004，IDT) GB/T2298机械振动冲击与状态监测词汇（GB/T2298—2010，ISO2041:2009，IDT） ISO12718无损检测涡流探伤词汇 ISO18436-6机器状态监测与诊断人员培训与认证第6部分：声发射
3术语和定义
GB/T2298、ISO12718、GB/T20921中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
声发射acoustic emission 《机器监测在材料内部和/或表面由局部源能量的快速释放使波在结构和流体（液体、气体）中传播
时所产生的一系列现象。
注1：这种释放可能是诸如裂纹扩展、摩擦、冲击和泄漏过程所导致。 注2：本标准中声发射的定义涵盖了其在机器监测中的广泛应用。
3.2
声发射监测 acoustic emission monitoring 《机器监测>表明机器运行状态的声发射数据和信息的检测和采集。 注：在本标准中声发射监测的定义与在机器监测中的应用有关。
3.3
声发射传感器/接收器 acoustic emission sensor/receiver 用于将弹性波运动转换为电信号的变送元件。
3.4
声发射信号 acoustic emission signal 由声发射导致的从声发射传感器输出的电信号。
3.5
声发射特性 acoustic emission characteristics 用来描述与机器和声发射源有关的声发射具体特征的集合。 注：特征可以是突发式的，即声发射事件在时间上是间断的，或者是连续式的，也就是声发射在时间上是不间断的。
1 GB/T25889—2010/ISO22096:2007
3.6
声发射波导acousticemissionwaveguide 能够将弹性波从机器传送到声发射传感器上的装置。
3.7
背景噪声background noise 由其他非声发射源或与所监测机器部件不相关的声发射源产生的伪信号。 注：它包括电信号、热信号和机械源信号等。
3.8
耦合剂couplant AE传感器和所测物体之间的耦合介质。 例如：油、油脂、粘结剂、水溶性的黏合剂和蜡。
3.9
徐乃星源Hsu-Nielsen source 在合适的装置中用易碎的石墨铅芯断裂来模拟声发射事件的铅笔芯折断装置。 注：铅芯的变化可引起信号变化。一般，用直径为0.5mm(也可为0.3mm）和长为（3.0土0.5）mm的2H的铅芯。
3.10
机器 machine 用于执行特定任务，例如材料的成型或者运动、力或能量的传递和转换的机械系统。 注：有时称为设备。
3.11
机器系统machine system 机组machine train 机械系统中其主子系统是一特定用途的机器（3.10），其余的子系统是一些部件和辅助设备，他们各
自的功能集成起来以实现机器的运行和正常工作。 4声发射技术的原理 4.1声发射(AE)现象
声发射是一种发生在材料内部或者表面的物理现象，术语“声发射”用来描述自然产生的弹性能量以瞬态弹性波的形式释放的过程。发生在材料内部的声发射以弹性波的形式表现在材料表面，并且覆盖较宽的频率范画。一般来说，所检测到的声发射信号的频率范围为20kHz到.1MHz。
通过使用合适的传感器可以检测到AE的波形，这种传感器将材料表面的位移转换为电信号。这些电信号可由合适的仪器或数据处理技术来处理，以表征系统的状态并且有助于检测早期的机械缺陷和结构的完整性。从传感器输出的信号波形受多路径传播和在材料内部或者表面形成的几种波的模式的影响。因此，同一输入源通过不同的传递路径进行传播，传感器的响应也会不同。 4.2声发射的优点和局限性
AE有以下优点： a）非介入式的； b） 提供实时过程信息； c) 由于灵敏度较高，可以比振动分析提前发现故障信息； d) 可以监测动态性能； e） 适用于较宽的转速范围，特别在低转速［低于1Hz(60r/min)时更能显示出其优点；）可以监测到摩擦/磨损过程，例如，松动的配合部件间的摩擦或者润滑状况的恶化。 AE的局限性包括： a） 易受衰减的影响；
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b）易受高的运行背景噪声的影响； c）不能将监测到的AE缺陷特征与准确的故障机理相联系。
5声发射技术的应用 5.1用声发射进行机器状态监测
声发射技术可广泛用于机器的状态监测，提供了一条从测点到感兴趣部位的传递路径。这对于结构声发射监测来说尤其重要，详例见表1。这种方法并不依赖于所测AE参数的绝对值，而是依赖于在特定的运行状态下AE参数的变化趋势。例如，在稳定运行状态下检测到的AE信号电平有增加的趋势，这预示机器状态恶化。轴承故障频率调制的AE信号幅值指示轴承元件发生早期故障，而这用振动和冲击脉冲的方法可能检测不到。应该注意到声发射活性将会因机器、运行状态和机器负荷的不同而变化。
表1 应用声发射进行机器状态监测的举例
故 發润滑剂污
过程监测，性能等
机器类型
轴承 机械密封
损伤 异常摩擦 磨损 染和润滑 不对中 严重
安装
故障 包括泄漏，
剂损耗 / ~ ~ 1 / L
泵齿轮箱电机汽轮机工业燃气轮机发电机柴油机机械加工风扇或风机低速旋转机器（转速通常小于 60 r/min) 机器部件，例如阀、热交换器压缩机（空气、燃气等) 5.2干扰因素
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在进行AE测量之前，必须清楚潜在的噪声源，例如电子噪声（电磁和无线电频率干扰）、空气噪声（例如漏气或在有风的环境下沙粒的撞击）、运行背景噪声（流体在管中的流动）和机械背景噪声，它们的存在可能影响AE测量结果。 数据采集 6.1 系统安装
6
典型的结构监测AE数据采集系统示意图如图1所示。通常连接在被测机器上的传感器依次与前
3 GB/T25889—2010/ISO22096:2007
置放大器、数据采集系统相连，有些AE传感器包含内置前置放大器。当机器运转时获取数据，数据量和分析范围取决于具体的应用。系统可以是固定式、半固定式或便携式。
前置放大器，典型的为 20dB、40dB或60dB增益
模数转换器和后处理器
声发射传感器
图1采集系统示意图
6.2AE仪器和传感器
检测是AE环节中最重要的部分，应尽量解决安装不良及声耦合方面的问题，并考虑滤波器、传感器和采样频率等的不正确频率选择的影响。检测仪器和传感器的特性表征和校准都应依据EN13477-1、 EN13477-2、ASTME1106-86和ASTME976-05执行。另外，应考虑的传感器参数包括尺寸、灵敏度、频率响应和环境。在可能的情况下，例如大型的圆形轴承，有必要用传感器阵列来进行源定位，定位可用很多方法，AE波到达时间是其中一种方法。 6.3传感器的安装和结构监测的耦合剂
为了结构监测，安装的目的是确保传感器通过足够的耦合剂固定到结构上。安装的方法可以是机械式（用磁铁或机械式的夹具等产生的压力），或使用粘合剂，对后一种情况，粘合剂也可以看做是耦合剂。
AE传感器的位置要保证有一条到达机器被测部件的传递路径，这一路径可以包括不连续的接触面（例如螺母和被固定部件之间的接合面），然而这些表面必须直接或者通过耦合剂接触（例如以润滑油和冷却油为传递耦合剂的滑动轴承的传递路径）。另外，安装传感器的表面应很干净。可以去掉表面油漆露出金属底层来改善信号传递路径，但是去除任何表层不应破坏机器的完整和性能。应该保证传感器表面与结构表面贴合平整，避免表面凹凸不平、存在脏污颗粒或表面不连续。这样做的主要目的是改善传递路径和保证可重复性。
在某些情况下，AE传感器可安装在波导杆上，通常设立波导杆是为了确保传感器和被测机器部件之间有更直接的传递路径，和/或减少温度对AE传感器的影响，波导杆可影响所获得的AE波，例如，衰减、波形等。
可以在传感器安装位置中心放少量耦合剂，然后小心地按压在表面上，均匀地将耦合剂铺开，耦合剂的厚度会改变传感器的灵敏度。
在不能使用耦合剂的情况下，可用干接触。这种情况下，可通过实验确定必须的接触压力，例如，用徐乃星源。应保证在传感器的前表面和机器表面之间不存在空气或空隙。
当用粘合剂作为耦合剂时，必须保证将AE传感器与结构年固的粘结，不因为表面变形、热膨胀或
机械负荷等因素影响而产生开裂或剥离。同样必须知道粘合剂的性能随着运行条件和环境的变化而发生怎样的变化。
注：粘合剂开裂也是声发射的来源。 传感器电绝缘对于避免由于电气接地而引人背景噪声是很重要的。
7初步信息
准备和执行检查、解释结果之前必须了解的信息如下：
机器的识别名称和编号：目前详细的运行工况（负荷、转速、温度等）；运行、维护保养措施的历史；
一机械设计细节；
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失效故障的历史；以前的AE数据。
4 GB/T25889--2010/ISO22096:2007
解释结果需要参考相关的试验数据库或者已知的机械整体的运行工况：基线。基线就是设备在可接受和稳定的运行条件下所测的或观测到的数据或数据集合。后来的测量数据可与基线数据比较以发现其变化。基线数据必须准确定义机器的初始稳定状态，在正常运行状态下更好。
对于有多种运行工况的机器，很有必要建立每个工况下的基线。对于新的和大修过的机器，存在一个磨合期。因此，在最初的几天或儿周运行中通常可看到测量数据有变化。所以在获取基线数据前应该留出磨合时间。对于运行了很长一段时间的设备进行第一次监测，仍然可以建立基线作为趋势参考点。 8数据分析和结果报告
数据分析的主要目的是将AE测量结果和运行状态联系起来，测量或监测任何偏离基线的偏差，以帮助识别机器的状态。
由声发射评价机器运行状态所采用的准则举例如下： a）声发射活性随时间的延续持续增大； b) 稳态运行期间巨大的声发射活性； c) 当机器正常运转时没有出现声发射信号的特征； d) 基于仪器内设的信号特征的仪器特定的方法： e） 在故障重复频率出现幅值调制信号。
9建立工艺规程
需要强调的是获得成功的声发射测量是基于在设定参数范围内重复准确的监测。这要求声发射检测人员有能力建立、检验和实施书面工艺规程，以进行特定监测应用，同时了解其局限性。这些能力要求在ISO18436-6中有规定。
HPE
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