第1 章 绪论
随着我国工业化和城镇化的发展，能源消耗的大幅提高，我国已经成为世界第二大石油消费国。受日益纷乱复杂的国际形势影响，能源安全堪忧；部分组织和贸易区域保护主义的作用，使国际油价经常出现大幅波动，给我国外汇带来较大的损失。随着国家综合国力的大幅提升，我国将不断加大原油储备数量。目前我国已经建成了天津、鄯善、舟山等存储量在 500 万吨以上的石油储备基地，我省（辽宁）也建成了大连、铁岭等大型原油储备基地。据相关的统计资料显示，我国从1993年开始讨论石油战略储备问题，2001 年正式提出国家原油战略储备建设计划。目前已完成石油储备计划中的一期和二期建设工程。其中一期储备量约为1.03亿桶，约等于1635万立方米；二期储备量约为 1.68 亿桶，约等于 2680 万立方米。预计到 2016 年完成的三期工程，存储量为2.32亿桶，约为 3620万立方米[3]。除了国家战略储备油以外，相关的石化企业也有数量庞大的商用油储备，估计超过 3000万立方米。目前我国所具有的超过 5000立方米的储罐，保守估计高达 3万台。未来几年将要建设的储罐，都以10万立方米的巨型储罐为基准单位，新增储罐数量也将高达 1000台。图1.1 为某罐区的储罐分布图，图1.2为国内某罐区事故图（图1.2来自新京报）。
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第2 章 声发射检测技术的研究
2.1 声发射检测技术的应用领域
早在几千年前，古人就发现了锡鸣等现象。并且已经在不知不觉中应用了声发射技术，如通过声音法判别器物的质量；在过木桥的时候，会用脚跺几下，听听木桥是否会发出断裂的咔咔声；在冰上活动的时候，会先用石头或者是木棍敲几下，看看冰面是否有裂纹或者听听冰面是否开裂的声音，这都可以看成是朴素的声发射应用。近代声发射技术的研究从二十世纪五十年代德国博士凯塞尔（Joseph Kaiser）发现金属的凯塞尔效应开始，经过美国的杜纳根（Dunegan）、艾伦格林（Allen Green）等人在声发射设备开发以及应用推广等方面所做的贡献，声发射检测技术逐渐的成为一门具有重要作用无损检测技术。目前在岩石及地质状况检测[20-22]、混凝土性能及损伤状况检测[23-26]、桥梁损伤检测[27，28]、多种材料拉伸损伤及性能检测[29-35]、机械健康及机械加工效果监测[36-40]、管道泄漏检测[41-44]、流体中固体颗粒含量检测[45，46]、高压电力系统漏电检测[47，48]、腐蚀检测等诸多领域，相关研究人员都在进行着广泛而深入的研究。由于声发射检测技术的特有优势及其理论的相对不成熟，声发射检测技术研究成为一门热门的学问。
2.2 腐蚀声发射检测技术研究现状
Marion Fregonese 等提出应用声发射技术检测金属表面橡胶涂层损伤，当表面涂层损伤达到一定程度时，声发射信号明显增加，电阻明显减小，二者具有一致性[67]。Frederic Ferrer 等提出硫酸腐蚀条件的低碳钢经历钝化，钝化膜破裂，加速腐蚀的过程，其中钝化过程几乎不产生声发射信号，钝化膜破裂产生大量的声发射信号，加速腐蚀的过程中，声发射信号数量持续平稳增长[68]。Y.P.Kim 等指出声发射能有效检测 304不锈钢缝隙腐蚀过程，指出腐蚀电位与声发射具有良好的一致性，随着腐蚀过程的发展，声发射信号的上升时间、持续时间、计数和累计能量都增加[69]。Asa Prateepasen通过两个不同的实验有效地检测出腐蚀声发射信号，从实验中还得出，不同的腐蚀环境下，声发射信号不同；在高浓度氯离子条件下，突发的氢气泡破裂是主要声发射源。
第3章 声发射检测基础理论研究 ............................................. 26
3.1 声发射检测的物理基础 ........................ 26
3.2 声发射检测基础 ..................... 31
3.3 声发射检测应用理论基础 .......................34
3.4 声发射信号的衰减 ..................... 37
3.5 声发射信号的强度影响 ................... 38
3.6 本章小结 .......................... 38
第4章 腐蚀声发射机理研究 ............. 39
4.1 腐蚀声发射产生机理 ......................39
4.2 罐底腐蚀 ............... 41
第5章 腐蚀声发射特性实验研究 .............. 63
5.1 钢板在空气中的腐蚀实验 .................... 63
5.2 钢板在液体中腐蚀声发射实验 ............ 64
5.3 裂纹扩展及气泡破裂实验 ............ 81
第6 章 声发射信号处理方法
6.1 傅立叶变换
傅立叶变换是现代信号处理技术的基础。即使是一些新的信号处理方法，很多也通过傅立叶变换实现。傅立叶变换的本质是用一组完备的正交三角函数去表示一个函数。这个函数可以是已知的，也可以是未知的，实际上，傅立叶变换是一种用有限项的三角函数去对一个将要被处理的函数做近似计算，当二者的差值小于预期的时候，就认为这种变换结果理想和正确。 傅立叶变换具体表述如下：周期为 T 的信号f(t)，满足Dirichlet 条件即：在一个周期内，如果有间断点，间断点数目应该有限；在一个周期内，极大值和极小值的数目应有限；在一个周期内，信号绝对可积[293]。
6.2 功率谱
功率谱主要是用来分析信号中各种频率所占的比重。对于非周期信号，可以通过功率谱分析的方法得出信号中各种频率成分所占的比重，也就是可以求出信号的主频区间。信号的功率谱可以用式（6.7）和式（6.8）所表示[293]。小波变换是在傅立叶变换的基础上，采用时间和频率分辨率可变的基函数与将要处理的信号做相关运算，从而在频域上获取分辨率更高的局部信息，同时可以保留信号的时域信息。小波降噪的前提是认为在信号的局部范围内，信号的幅值和频率要具备区别于噪声的特征，通常假设的条件是被处理的信号经过小波变换后，在预期的频带内，变换的系数要高于噪声的变换系数。将噪声变换后的幅值作为门槛，滤除低于门槛的幅值，这样信号的噪声就被去除，信号的有效特征就得到了增强。同样声发射信号的特征提取，就是将信号在时间和频率的联合分布域内，对信号进行详细的划分，研究每一部分信号的特征，这样就能避免一些信号细微的特征被傅立叶变换那种信号频率区分尺度较大的变换方法变换后所掩盖。
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第7 章 结论
本文针对腐蚀声发射机理及腐蚀声发射信号特征提取问题进行了研究与探索，得到以下结论：
（1）从经典气泡成核理论思想出发，结合气泡的成长条件，指出大气压、液体的液位、气泡表面张力是产生腐蚀声发射的应力脉冲来源。通过理论证明了腐蚀气泡破裂，金属腐蚀开裂及金属腐蚀产物开裂为腐蚀声发射源，直接从理论上证明了腐蚀声发射检测技术的有效性，为腐蚀声发射检测技术提供了理论基础。
（2）基于 Knopoff点应力脉冲理论，推导出腐蚀声发射信号的特征：腐蚀气泡声发射信号幅值随着气泡半径的平方增大而增大，随着液位高度的增大而增大；腐蚀气泡声发射信号的频率与气泡的半径成反比。腐蚀开裂产生的声发射信号幅值与开裂面积、液位高度及局部应力强度成正比；声发射信号的频率与裂纹扩展的长度成正比，与裂纹扩展的速度成反比。这为声发射信号的噪声处理、特征提取、信号分类及识别、声发射数据的解释及检测结果的评价等提供了理论依据。 （3）进行了密封条件下在不同腐蚀液中钢板等面积的腐蚀实验，单一气泡破裂实验和单一金属开裂及金属腐蚀产物开裂实验，通过高频和低频声发射系统对腐蚀过程、气泡破裂过程进行长时间全程监测，证明腐蚀过程中，低于 100KHz 的声发射信号要比高于 100KHz 的信号更丰富，指出析氢腐蚀反应过程中产生的氢气泡破裂是造成这种现象的原因。
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参考文献（略）