在現(xiàn)在的經濟觀點中，結構必須保持工作的時間要比初始預期的時間要長的多。這些結構的老化效應變得很顯著，并在確定關于這些結構使用、維護和退役方案時必須考慮老化效應。
　  用于監(jiān)控結構狀況的無損檢驗技術的發(fā)展是非常活躍的，且這些發(fā)展主要集中于已存在結構現(xiàn)有壽命的延長和維護費用的降低。

　　一種快速、準確和成本較低的結構監(jiān)控方法是聲發(fā)射(AE)和超聲-聲發(fā)射(AU)，這種方法已被證明非常可靠，并能檢測"局部"和"全局"。AE/AU技術可以在可能的災難性故障以前檢測結構缺陷，補充其他的無損檢測檢驗方法。AE/AU技術在預定的維護計劃中結構健康監(jiān)控已被證明是可靠的、合理的技術。這是因為在危及結構完整性和結構故障發(fā)生之前，中斷處可以產生可檢測到的聲發(fā)射。聲發(fā)射技術和超聲-聲發(fā)射技術可以應用于現(xiàn)在很多的老化結構問題，范圍涉及航天工業(yè)中的結構健康監(jiān)控。確定混合復合材料結構由活動缺陷引起的不連續(xù)處。本文將檢驗這種技術，并討論幾種應用和監(jiān)控案例。

介紹：

　  聲發(fā)射 (AE)是從材料中的損傷源快速釋放能量而產生的彈性應力波。這些彈性波可以監(jiān)測到并轉換成壓電信號，這些由安裝在材料表面的小的壓電晶體傳感器完成。傳感器響應通過前后濾波器去除頻率低于100KHz的可聽得見的噪聲。結果表明即使是周圍的噪聲水平很高使用聲發(fā)射也能監(jiān)控結構的活動損傷。聲發(fā)射的損傷源包括斷裂、塑性變形、沖擊、磨擦、腐蝕膜層破壞及其他過程。對于檢測幾百平方微米或更小的表面上新形成的裂紋，聲發(fā)射有足夠的靈敏度。
　  超聲-聲發(fā)射(AU)是在具有聲發(fā)射應用特征的頻率范圍內使用超聲波方法。該技術能檢測和描繪單層和多層金屬、陶瓷和復合板材料結構的差異。也能對微觀結構、金屬厚度和厚的復合材料進行腐蝕及分布差異的檢測。AU使用脈沖發(fā)生器和接收傳感器以低超聲范圍內的共振頻率，結合波傳播動力學預測來檢測損傷。超聲波被表面和界面反射回來，由于散射和吸收衰減，在反射和播送中模式發(fā)生變化。這些結果主要依賴于波的頻率、方向、初始模式和表面損傷的位置和方位。當結構發(fā)生損傷時，信號發(fā)生變化就表示損傷類型。通過計算信號中給定的損傷類型和度的平均變化。可以從AU測量值來估算損傷。

結構健康狀態(tài)監(jiān)控(SHM)系統(tǒng)：

　  目前裝配的AE-HUMS系統(tǒng)提供了四個級別的損傷指標。每個通道顯示一個狀態(tài)條，四種顏色中的一種表示部件的一種狀態(tài)。這些顏色是：綠色表示通過情況；黃色表示可能的最小無擴展損傷；橙色表示明確的和嚴重的無擴展損傷；紅色表示嚴重的擴展損傷。無聲音報警。操作員可以關掉任一通道或整個系統(tǒng)。
　  飛機全尺寸疲勞試驗(FSFT)：現(xiàn)在的無損檢測技術,象超聲波、渦流和放射線照相術要求很高的經過培訓的技術人員，花費很多時間尋找顯著區(qū)域，且經常分解機架結構以確定裂紋位置和長度。目前，檢測位置和間隔必須依據以前的缺陷統(tǒng)計特征。然后必須在所有位置進行無損檢測掃描來確定是否有真正的缺陷存在。使用聲發(fā)射允許通過裂紋擴展聲音識別點位置檢測。

　   FSFT是載荷模式，即：疲勞載荷譜依據于實際運行數據。在早期產品階段(圖3)完成全尺寸試驗通常使用很低危害的疲勞載荷譜(和多數飛行目前進行載荷譜比較)，期望的飛行使用壽命也比現(xiàn)在要求機架壽命短。這就導致要保持我們舊的飛行就要求越來越多的FSFTS。
　  聲發(fā)射試驗是一項在應力狀態(tài)下"聽"結構的技術。在預加應力的結構中裂紋或缺陷發(fā)射聲波。這些波通過結構傳播并由一組壓電晶體傳感器收集信號。這些信號傳輸到基于儀器的計算機中來分析波形特征，通過比較在傳感器組中不同傳感器信號的到達時間，可以確定缺陷點所在的位置。

　　飛行聲發(fā)射（AE）作為一種健康狀態(tài)管理試驗在DC-XA三角機翼運輸機技術驗證機上獲得了成功地驗證。AE系統(tǒng)作為商業(yè)可買到的儀器單元修改用于自動控制和重設計AEFIS，AEFIS表示聲發(fā)射飛行儀器系統(tǒng)。聲發(fā)射技術預示著對滿足新的要求有了希望：能監(jiān)控和反饋關于結構、燃油箱和燃油系統(tǒng)狀態(tài)的信息并傳遞給機載計算機。未來空間旅行的最關心的問題之一就昌微隕石沖擊，它能碰擊飛行器上升、下降及在軌道上運動，特別是復合材料結構逐步成為主流。在飛行器上用聲發(fā)射，它能被動地"聽"結構并確定沖擊發(fā)生的位置。一旦發(fā)生沖擊，系統(tǒng)確定沖擊部位并評估它的危害度。確定位置以后，系統(tǒng)橫過沖擊區(qū)域完成AU試驗：主動發(fā)射脈沖到AE傳感器及獲得收到的數字化波形并和地面標定獲得的波形進行比較。然而這個試驗結果進入人工智能化(AI)算法以便給進行下一步或不進行下一步命令(即：如果損傷發(fā)生在陶瓷熱防護罩上，就可以從分裂及燃燒掉的狀況前挽救結構。) 象前面提到的，AEFIS最初設計作為一種原型反饋關于LH2箱結構和工作環(huán)境，包括溫度極限、振動和背景噪聲等信息。其他技術挑戰(zhàn)有：
·修改標準的AE系統(tǒng)不用主動冷卻就能工作；
·通過濾波器去除高背景聲音和電噪聲；
·去除電磁干涉(EMI)；
·隨狀態(tài)更新能直接與火箭PC機通信，自檢查和指示；
·由結構完整性分析數據并將數據相關聯(lián)；
·由火箭飛行器提供飛行數據基線。

　　使用的傳感器也是現(xiàn)成的產品并包括三種不同類型，選擇傳感器根據它們的頻率響應、大小、靈敏度及在火箭中燃料加載，飛行和著陸過程中承受苛刻溫度和振動振蕩的能力，圖11所示為三種傳感器中的兩種及它們的大小。

總結：

　  從這里報導的工作中很明顯聲發(fā)射和聲-超聲波在航天無損檢驗和健康狀態(tài)監(jiān)控技術中有一席之地。同時這里所說的兩個系統(tǒng)都是最新研制的。非常明顯以前非常困難和不可能檢測的結構中裂紋和分層現(xiàn)在用上面兩系統(tǒng)可以解決。這些系統(tǒng)的工作目前研制其他系統(tǒng)并應用于這樣的平臺：X-34和Delta火箭。

致謝:

　  我們將非常感謝：航空和司令部AATD的Bruce Thompson 及Boeing 公司的Gerry Nissen 和 Jerry Huang，感謝對本文工作的支持。