《JBT 11603.1-2013无损检测仪器 声发射 设备特性 第1部分：设备描述》专题研究报告

《JB/T11603.1-2013无损检测仪器

声发射

设备特性

第1部分：设备描述》专题研究报告目录一、从弹性波到电信号：专家视角剖析声发射检测的核心传感原理二、不止于“听

”见：信号调理链路中前置放大与滤波的隐性技术革命三、连续还是突发？专家教你如何精准分类信号并锁定特征参数四、波形密码时代来临：

时域与频域分析对未来检测的影响五、从数据到决策：分析及结果输出模块如何重塑检测报告的价值链六、迈向智能检测：

自动分析系统如何颠覆传统人工评价模式七、单通道到多通道：标准如何覆盖从便携仪器到复杂阵列的架构八、站在国际肩膀：论本标准对

EN

标准的采用及其对我国行业话语权的影响九、术语统一的力量：如何通过标准化定义打通产学研用最后一公里十、从设备描述到操作验证：构建完整标准体系的下一个风口在哪？从弹性波到电信号：专家视角剖析声发射检测的核心传感原理（一）压电传感：为何

20kHz-1MHz

成为工业检测的“黄金频段

”？声发射检测的本质是将材料内部因能量释放产生的弹性波转换为可分析的电信号。在这一转换过程中，压电传感器扮演着“

电子耳

”的核心角色。标准明确指出，在常规声发射检测频率范围内（20kHz

至

1MHz），压电装置是实现能量转换的最有效手段

。这一频段的选定并非偶然：低于

20kHz

，工业环境中的机械噪声、

电磁干扰将严重湮没有效信号；高于

1MHz

，信号在材料中传播时衰减急剧增大，无法满足大型结构的监测需求。因此，20kHz-1MHz

这一“黄金频段

”的界定，为传感器设计者提供了明确的带宽目标，也为现场检测人员规避环境噪声提供了理论依据。专家指出，理解这一频段的选择，是读懂标准后续所有技术条款的前提，它直接决定了前置放大器的滤波范围以及信号处理单元的采样策略。混合波识别：纵波、横波、表面波、板波在检测中各司何职？当材料内部产生微裂纹或发生塑性变形时，激发的弹性波并非单一模式，而是包含纵波、横波、表面波（瑞利波）乃至板波（拉姆波）的复杂混合波。标准在检测原理章节中明确指出了传感器需要应对的这四种波形，这体现了标准制定者对声发射物理过程的深刻洞察。在实际检测中，纵波传播速度最快，常用于时差定位；横波对剪切型缺陷更为敏感；表面波则沿构件表面传播，适用于薄壁容器或表面裂纹的探测；而板波则在薄板结构中表现出独特的频散特性。标准要求传感器能够有效检测这些波形的混合波，实质上是对传感器的宽频带响应和多模适应性提出了隐性要求。这意味着高端检测系统的传感器设计，必须在灵敏度、带宽和模态响应之间寻求精妙平衡。（三）传感元件选材：

晶片与陶瓷元件的特性如何决定检测灵敏度？作为传感器的核心，压电晶片或陶瓷元件的材料特性直接决定了声发射检测系统的“第一桶金

”的质量。标准在“传感元件

”一节中，虽然没有详细列出材料配方，但点明了其对转换效率和操作频率范围的决定性影响

。

目前市场上主流材料包括锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）及新型复合材料。PZT

材料具有高压电常数，能提供高灵敏度，适合检测微弱信号；但其声阻抗与金属材料差异较大，需通过匹配层设计减少能量损失。此外，传感元件的尺寸也决定了其固有频率，大尺寸晶片对低频信号响应好，小尺寸晶片则更适合高频检测。专家认为，标准通过强调传感元件的核心地位，

引导制造商在选材上进行精细化设计，也提醒用户在选型时，应根据被测对象（如复合材料、金属、混凝土）

的声发射信号频率特性，逆向选择匹配的传感器类型。<br>不止于“听”见：信号调理链路中前置放大与滤波的隐性技术革命前置放大器：靠近信号源放置的“第一级哨兵”有多重要？传感器输出的原始信号通常极其微弱，电压幅度可能仅在微伏级别，极易在长距离传输中受电磁环境干扰而湮没。标准在“信号调理”部分，将前置放大器列为第一道关键环节。其核心价值在于，必须在信号源附近（通常紧挨传感器）将信号放大至一定电平（如通过电荷放大器转换为电压信号或直接电压放大），以提高信噪比，确保信号在后续长电缆传输过程中的完整性。这不仅仅是放大，更是阻抗变换的过程。专家指出，高标准的前置放大器应具备低噪声、宽动态范围和高共模抑制比。JB/T11603.1-2013隐含地要求制造商必须明确前置放大的增益参数、噪声系数以及供电方式（如信号线供电），这对于用户构建稳定、可重复的检测系统具有基础性指导意义。0102电缆传输：从特性阻抗到屏蔽效能，不容忽视的细节战场。连接传感器、前置放大器与主机的电缆，常被视为简单的连接线，但在高频信号调理中，它却是决定信号保真度的“隐形战场”。标准在5.3条款专门提及“电缆”，说明其并非附属品，而是系统特性的重要组成部分。对于20kHz-1MHz范围内的信号，电缆的特性阻抗、分布电容和衰减特性都会显著影响信号波形。若阻抗不匹配，信号会发生反射，导致波形畸变；屏蔽效能不佳，则环境射频干扰会轻易调制到有用信号上。标准通过将其纳入规范，实质上要求制造商必须提供电缆的关键参数（如单位长度电容、适用频率范围），并建议用户采用专用低噪声电缆。这一细节的标准化，保障了不同批次、不同长度电缆接入系统时，信号调理的一致性与可靠性。0102（三）后置放大与频率滤波：如何通过带通设置精准剔除工业现场噪声？经过前置放大和长距离传输后，信号在后级处理单元中将面临最后一道“净化

”工序——后置放大及频率滤波

。这一环节是信号调理的心脏，它不仅要提供额外

的增益以满足信号测量单元的触发电平要求，更要通过精密的带通滤波器，从复杂的背景噪声中“提取

”出声发射的真实现象。标准规定这一环节，意在规范设

备的频率选择能力。在实际工业现场，液压噪声、

电磁干扰、摩擦噪声可能遍布整个频谱。先进的滤波设计不再是简单的低通或高通，而是可编程的带通甚至自

适应滤波。专家视角认为，未来检测设备的发展趋势之一，就是滤波算法的智能化升级，能够根据实时噪声谱动态优化通带，而

JB/T

11603.1-2013对“频率滤波

”的强调，正是为这一智能化发展奠定了功能模块化的基础。<br>连续还是突发？专家教你如何精准分类信号并锁定特征参数信号类型二分法：为什么必须严格区分连续性信号与突发性信号？在声发射信号测量领域，将所有信号简单归为同一类进行分析，是导致误判的常见原因。标准在6.1和6.2条款中，旗帜鲜明地将信号划分为连续性信号和突发性信号。这种二分法是整个信号测量的基石。突发性信号通常对应着独立的、短暂的物理事件，如单个裂纹的萌发或扩展，其特点是时域波形具有清晰的起止点；而连续性信号则往往由大量紧密相关的微小事件叠加而成，如泄漏噪声或材料的塑性变形，表现为一段时间的持续振荡。标准通过这一分类，指导设备制造商必须在硬件和算法上对两类信号均能有效响应，也指导检测人员在设置采集参数（如撞击定义时间HDT）时，需根据预判的信号类型进行针对性调整，避免将连续信号误判为海量突发信号导致数据堵塞，或将突发信号误判为连续信号而丢失关键特征。特征参数解码：从振铃计数到上升时间，每个参数背后的物理意义。一旦信号被正确分类，标准便引导我们进入参数化分析的殿堂。对于突发性信号，标准关注的是撞击（或事件）本身；而对于连续性信号，则引出了平均信号电平（ASL）这一关键定义。这仅仅是冰山一角。一个完整的声发射特征参数集通常包括：振铃计数（越过阈值的振荡次数，反映活动度）、幅度（最大振幅，关乎能量大小）、持续时间（反映事件的尺度）、上升时间（反映波形前沿陡峭度，与失效模式相关）以及能量（包络线下的面积，比计数更准确地反映释放强度）。标准通过定义测量的前提（信号分类），为这些参数的提取提供了逻辑起点。专家认为，理解每个参数背后的物理意义至关重要：高幅度、短上升时间的信号往往指向脆性断裂；而低幅度、长持续时间的连续信号则可能是摩擦或泄漏。（三）

阈值设定艺术：如何在灵敏度与噪声抑制间找到最佳平衡点？在信号测量中，

阈值的设定是一个充满技术含量的“艺术

”环节。虽然标准文本中未详细规定阈值数值，但所有基于参数的分析方法（如振铃计数、撞击识别）都高度依赖于阈值的科学设定。阈值设得太低，背景噪声会触发无数个无效撞击，导致系统饱和、数据爆炸；

阈值设得太高，则会滤掉大量表征早期损伤的低幅值有效信号，导致漏检。标准关于信号分类和测量的框架，实际上为用户提供了设定阈值的理论依据。例如，对于以突发信号为主的疲劳裂纹监测，

阈值通常设定为略高于背景噪声；而对于以连续信号为主的泄漏监测，则可能关注

ASL

的变化而非过阈值计数。智能系统的未来趋势，正是利用算法实现阈值的自适应调整，以适应动态变化的工业环境。<br>波形密码时代来临：时域与频域分析对未来检测的影响波形的完整记录：从“参数压缩”到“全波形采集”的技术跨越。传统的声发射检测长期依赖于特征参数，这相当于对原始波形进行了极大压缩，虽然节省了存储空间，但也丢弃了大量隐藏在波形细节中的信息。标准6.3条款将“波形”单独列出，这标志着标准制定者敏锐地捕捉到了技术发展的脉搏——全波形采集时代的到来。随着存储技术和ADC（模数转换器）采样率的飞速提升，实时记录完整的声发射波形已成为高端设备的标配。这一跨越意味着，我们不再仅仅依赖几个统计数字去推测缺陷，而是可以随时回溯原始信号，进行二次分析和挖掘。JB/T11603.1-2013对波形的强调，为后续的时域分析、频域分析乃至时频分析打开了大门，为基于大数据和人工智能的检测技术铺平了道路。0102时域分析的价值：为何在数字时代我们仍需观察波形的时间形态？虽然频域分析日益流行，但时域分析作为最直观的信号观察手段，其价值不可替代。波形的时域形态，即幅度随时间变化的曲线，直接反映了声发射事件在时间轴上的能量释放过程。标准将波形纳入设备描述范畴，意味着要求设备具备高保真地呈现这一过程的能力。通过观察时域波形，专家可以直观判断：这是一个单峰突起的脆断信号，还是一个多峰叠加的复杂反射信号？信号的起始是否陡峭？包络线的形状如何？这些信息对于区分真实裂纹和电磁干扰、判断缺陷的物理机制至关重要。例如，金属材料的裂纹扩展往往产生典型的突发型时域波形，而电磁干扰则常常表现出规则的振荡衰减。时域分析，是信号鉴别的最朴素也是最可靠的手段之一。（三）频域分析的未来：如何通过频谱特征提前预判失效模式？如果说时域分析是看“病象

”，那么频域分析就是探“病根

”。通过快速傅里叶变换（FFT）将波形从时间轴转换到频率轴，我们可以揭示信号的频率构成成分，这是标准引入波形概念的更深层用意。不同的失效模式往往对应着不同的特征频率。例如，复合材料的纤维断裂可能产生高频成分，而基体开裂或界面脱粘则可能对应较低频率。随着传感器和采集系统带宽的增加以及频域分析算法的成熟，未来的检测系统将能够实时分析声发射信号的频谱演化趋势。一旦频谱特征出现异常漂移，系统即可提前预警失效模式的转变。结合人工智能的频谱模式识别，将是未来几年声发射检测技术的重要突破口，有望实现从“有无损伤

”到“何种损伤

”的智能化诊断升级。<br>从数据到决策：分析及结果输出模块如何重塑检测报告的价值链实时分析功能：定位、强度评估与趋势预测的算法支撑。声发射检测的最终目的不是收集数据，而是形成决策。标准第7章“分析及结果输出”，正是将原始数据转化为有价值信息的核心环节。这一模块通常包含一系列复杂的算法：首先是源定位算法，通过多通道信号到达时差，利用线定位或面定位算法计算出缺陷的几何位置；其次是强度与活动度分析，如计算事件发生率、能量释放率，评估损伤的严重程度；最后是趋势预测，基于历史数据的变化率，推测结构剩余寿命或下一次检测的优先级。标准对分析模块的界定，为这些算法的集成提供了统一的硬件和软件框架，确保不同制造商提供的分析结果具有可比性和可靠性，真正让检测数据服务于资产完整性管理决策。0102图形化输出革命：相关图、定位图如何让数据自己“说话”？海量的参数和波形数据，如果不经过可视化处理，对于一线检测人员而言只是一堆枯燥的数字。标准倡导的结果输出模块，强调了图形化输出的重要性。一张清晰的二维定位图，可以直观地显示缺陷在压力容器上的聚集区域；一张幅度-时间相关图，可以揭示损伤随加载过程的发展阶段；一张持续时间-计数关联图，则能有效区分真实的裂纹信号和电磁干扰或摩擦噪声。这些图形化输出工具，让检测数据自己“说话”，极大地降低了门槛，提升了现场报告的效率和说服力。随着未来虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的发展，检测结果有望直接叠加在真实工件上，实现“所见即所得”的沉浸式报告体验。（三）报告格式标准化：为何说统一的数据接口是行业协作的基础？在一个完整的检测项目中，往往会涉及不同品牌、不同时期采购的多套设备。如果没有统一的数据输出格式，数据的整合与分析将举步维艰。标准第

7

章虽然主要描述功能，但其背后隐含着对结果表达规范性的追求。无论是文本报告、表格数据还是图像文件，标准化的数据接口（如标准的数据库格式、通用的

ASCII

码导出格式）是实现多设备数据融合、历史数据对比以及第三方软件分析的基础。专家指出，JB/T

11603.1-2013在这一层面的指导意义在于，它促使制造商开放和遵循通用的数据协议，打破了信息孤岛，为行业级的数据库建设和基于大数据的跨时空对比分析奠定了坚实基础。<br>迈向智能检测：自动分析系统如何颠覆传统人工评价模式自动分析的内涵：从数据采集到结论生成的自动化闭环。随着工业4.0时代的到来，无损检测也正经历着从人工判读到自动分析的深刻变革。标准第8章专门阐述“自动系统”，极具前瞻性地将这一趋势纳入规范。自动分析不仅仅是数据的自动采集，更是一个从信号识别、特征提取、损伤识别到报告生成的完整自动化闭环。这意味着，系统在预设的专家规则或训练好的神经网络模型驱动下，能够自主判断检测到的声发射活动是否异常，并对异常进行初步分类和定位。这种自动化能力的引入，将检测人员从繁重的数据判读工作中解放出来，使其能更专注于复杂工况下的综合决策，同时也降低了检测结果对个人经验的过度依赖。0102控制与报警接口：自动系统如何与工业物联网实现无缝对接？自动系统的价值不仅在于自身分析，更在于它是工业物联网（IIoT）中的一个智能节点。标准8.2条款“到控制或报警系统”，精准地定义了自动系统与外部世界的交互方式。在未来的智能工厂中，声发射在线监测系统将不再是孤立的。当系统检测到裂纹快速扩展并超过安全阈值时，它能通过继电器输出或工业总线协议，直接触发生产单元的停机联锁，或者向中央控制室发送最高级别的预警信号。同样，它也能接受来自DCS（集散控制系统）或SCADA（监控与数据采集系统）的指令，根据工艺状态（如升降压、变温）调整监测参数。这种标准化的接口定义，是声发射技术从实验室诊断工具走向工业过程控制核心装备的关键一步。（三）人机协同的未来：专家系统如何辅助而非替代检测人员？自动分析和人工智能的引入，引发了行业对“机器是否会取代人

”的思考。标准对自动系统的阐述，恰恰描绘了一幅人机协同的蓝图。

自动系统的角色是“辅助

”而非“替代

”。它可以不知疲倦地进行

24

小时监测，快速筛选出海量数据中那

1%的疑似异常信号，并给出初步的分析建议。然而，最终的决策判断、复杂的工况

适应性调整以及检测方案的制定，仍然离不开具有深厚理论功底和现场经验的专家。未来的声发射检测专家，将更多地扮演“训练者

”和“决策者

”的角色，他

们负责优化自动分析模型、审核

AI

判读结果，并处理那些超出预设规则的全新失效模式。标准通过定义自动系统框架，实际上提升了检测人员的工作层次。<br>单通道到多通道：标准如何覆盖从便携仪器到复杂阵列的架构单通道系统定位：便携巡检与局部监测的适用边界在哪里？标准的适用范围明确包括单通道设备。单通道系统通常结构简单，由一只传感器、信号调理单元和基本分析单元组成，其核心优势在于便携性和低成本。它适用于对已知高风险区域进行定点监测，或对小型构件进行快速筛查。然而，单通道的局限性也显而易见：它无法实现源定位，只能判断“有”或“无”信号，以及信号的强弱变化。标准对单通道系统的涵盖，是对其特定应用场景的肯定，同时也通过对其各组成部分（传感器、调理器）的规范，间接划定了其适用边界——即不需要定位信息，或可通过其他手段辅助定位的检测任务。多通道系统架构：通道数、采样同步性与定位精度的三角关系。对于压力容器、大型储罐、桥梁等关键结构的全面监测，多通道系统是必然选择。标准对多通道设备的适用性说明，实质上是对复杂系统架构提出了更高要求。多通道系统的核心挑战在于“同步”。所有通道必须采用同一时钟源进行高精度采样同步，否则时差测量误差将导致定位结果南辕北辙。通道数的增加也意味着数据吞吐量的指数级增长，这对总线的带宽和后端处理能力提出了严峻考验。标准通过将整个系统纳入规范范围，指导制造商在设计多通道设备时，必须统筹考虑硬件同步机制、网络传输协议和并行处理算法的协同优化，以实现通道数扩展与定位精度的正相关。0102阵列设计依据：如何利用标准指导大型结构的传感器布局？标准虽然没有直接给出传感器阵列的设计公式，但它对信号检测、调理和测量的系统性描述，为阵列设计提供了理论依据。在大型结构上布局传感器，需要考虑传感器的响应频率（覆盖目标信号的频率）、灵敏度（保证检测距离）、以及阵列间距（受材料衰减特性决定）。标准对信号波形的分类（突发/连续）也影响着阵列的布设策略：对于突发性定位，通常要求传感器间距满足最小事件定位的需求；对于连续信号监测，则更关注阵列覆盖的均匀性。检测人员可以依据标准中定义的设备特性，结合被测对象的材质、结构和可能的失效模式，科学计算并优化传感器阵列，确保监测无死角。<br>站在国际肩膀：论本标准对EN标准的采用及其对我国行业话语权的影响修改采用EN13477-1：中欧标准的技术等效性与本地化调整。JB/T11603.1-2013的诞生，并非闭门造车，而是基于对国际先进经验的深刻洞察。标准前言明确指出，本部分采用重新起草法修改采用EN13477-1:2001。这种“修改采用”的方式，体现了我国标准制定策略的成熟：既积极拥抱国际先进理念，又坚决立足国内产业实际。技术上，本部分与欧洲标准保持了高度一致性，确保了基于该标准制造的设备在国际市场上的互认性。而在本地化调整方面，标准增加了第2章“规范性引用文件”，并按照我国标准编写规则进行了编辑性修改，如将“本欧洲标准”改为“本部分”。这一做法既保证了标准在国内的适用性和可操作性，也维护了我国技术法规的严肃性。与国际标准体系的接轨：对我国声发射设备走向全球的战略意义。技术标准是国际贸易的“通用语言”。通过修改采用EN标准，JB/T11603.1-2013为中国声发射设备制造商铺设了一条通往国际市场的“标准高速公路”。当国内企业的产品在特性描述、性能指标上完全符合这一等效于欧洲标准的技术规范时，产品在进入欧盟及其他认可EN标准的地区时，就具备了先天性的准入优势。这不仅降低了企业应对不同市场技术壁垒的合规成本，更有力地提升了“中国制造”声发射设备的国际形象和竞争力。专家指出，这是一次以标准“走出去”带动产品和产能“走出去”的典型范例，对于提升我国无损检测仪器行业在全球产业链中的地位具有深远的战略意义。（三）

引用标准网络：GB/T

12604.4

、IEC60050

等配套标准构建的术语基石。一个强大的标准，从来都不是孤立的。JB/T

11603.1-2013在其规范性引用文件中，列出了

GB/T

12604.4《无损检测术语声发射检测》、GB/T

20737《无损检测通用术语和定义》

以及

IEC60050《国际电子技术词汇》等一系列基础标准

。这种引用关系构建了一个严密的术语和定义网络。GB/T

12604.4

确保了所有关于声发射的专用术语（如撞击、事件、发射率）在国内的统一理解；而

IEC60050

则保证了电子技术领域的通用概念在声发射设备中的准确应用。正是这些被引用的标准，构成了本标准的语言基石，确保了从研发人员到一线检测员，再到国际贸易伙伴，对每一个技术术语的理解都处于同一频道。<br>术语统一的力量：如何通过标准化定义打通产学研用最后一公里关键术语溯源：平均信号电平（ASL）等定义如何统一行业认知？术语的统一，是行业成熟的标志。标准第3章专门界定了适用的术语和定义，并特别引入了“平均信号电平（ASL）”这一核心概念。在ASL被统一之前，不同厂商对于连续信号的强度可能有不同的表述，导致用户数据对比困难。标准明确将ASL定义为“整流后进行时间平均的声发射信号”，这一定义精确规定了其测量方法（整流、时间平均），使得无论是哪个品牌的设备，输出的ASL值都具有了物理意义上的可比性。这种对关键术语的精细化定义，消除了产学研用各环节之间的沟通壁垒。高校研究者可以依据标准定义设计实验，企业开发者依据标准定义编写算法，现场检测员依据标准数据，整个行业的认知由此被拧成一股绳。多标准术语体系融合：如何避免“同词异义”造成的沟通陷阱？声发射技术是一门交叉学科，涉及无损检测、材料科学和电子工程等多个领域。如果各领域自说自话，必然导致“同词异义”的陷阱。标准通过引用EN1330系列、GB/T20737等跨领域的术语标准，巧妙地构建了一个融合的术语体系。例如，EN1330-1提供通用术语列表，EN1330-9专门针对声发射，而GB/T20737则提供了无损检测的通用定义。当一个电子工程师读到“灵敏度”时，他参照的是IEC60050的定义；当一个材料工程师读到“缺陷”时，他参照的是无损检测通用术语的定义。这种多标准的融合引用，确保了在声发射设备的语境下，不同背景的专家能够在统一的概念平台上进行高效协作，有效规避了因术语理解偏差导致的技术争议。（三）术语对设备描述的决定性作用：没有共同语言就没有精准的采购与验收。在设备采购和验收环节，术语混乱是引发商务纠纷的常见导火索。JB/T

11603.1-2013

通过对术语的严格定义，为供需双方建立了一份清晰的“技术词典

”。采购方在招标文件中可以使用标准定义的术语（如“通道数

”、“采样率

”、“动态范围

”、“ASL

测量精度

”）来准确描述需求；供应方在投标和交付时，必须按照同一套术语体系提供设备特性和性能指标。验收时，双方依据共同的语言进行测试