铁盒游戏与声发射

郭治

1943 年 1 月，在一个寒冷的天气里，美国新造的一艘巨型油轮正在交付使用，突然发生了事故：油轮不可思议地裂为两截。据当事人回忆，油轮断裂前有种“嚓嚓”的声响，这声响和那灾难是否有关系呢？

让我们用铁盒做一个游戏来研究一下这个问题：

找一个易拉罐（或者罐头盒），把它放在耳边，用手轻轻压盒盖听。盒子响了；看，盒盖也弯了。

在生活中常见到类似的现象：小孩子攀登树木，当树杈发出“咯吱”声时，危险就要来临了；瓜农把西瓜拿到耳边，用手一按，根据西瓜受压以后发出的声息，就能判断西瓜的生熟；有经验的矿工听到坑木的某种声音，便知道要出事故了。

在金属世界里，也有类似的现象。如果找到金属锡，你不妨用两手反复地弯曲它，听，它“劈啪”、“劈啪”地叫喊了。

精确的科学实验证明，材料在受到外力作用时，会由自身的隐患部位发出声音，我们管这种现象叫声发射。强的声发射人耳可以听到，一般的声发射，我们是听不到的。

油轮断裂前的“嚓嚓”声绝非偶然，它是一种声发射。人们发现，许多重型机械与大型工程结构发生断裂之前都有过类似的“嚓嚓”声，但是，当人耳听到这危险信号时，事故已经开始发生，很难进行抢救了。能不能利用仪器“听”到物体的声发射，及早地预报事故呢？

30 多年以前，德国凯塞尔在做金属实验时，发现金属变形时会发出微弱的声音。他深入地研究了这种现象，证明这声音是由于金属内部的隐患引起的。因此，利用声发射来预测断裂查找缺陷，防止事故，是可能的。

问题并不那么简单。金属的声音发射信号远比周围的噪声微弱，而且相当多是人耳听不到的超声波和次声，我们只靠耳朵是无法预报事故的。现代电子技术解决了一系列的难题，它既能把声发射信号放大，又能把声发射信号和环境噪声区别开。至于次声波和超声波，它照样能测量到。利用电子耳“听”到金属内部缺陷的动静，这就是先进的声发射检测技术。

70 年代初，美国成功地在 C—5A 飞机上装置了声发射监控系统，这套装置能探测 48 个关键区域的安全情况，一旦发现事故隐患，就会报警，从而保证了飞行的安全。

近 20 年来，声发射技术飞速发展，它在航空、航天、原子能以及金属加工方面大显身手。在巨大的高压容器、发动机和核反应堆旁，声发射监测器正在默默无闻地工作着，为人们的安全站岗放哨。声发射技术不但对金属材料有用，它在其他领域里也默默地为我们放哨。

在矿井里随时要提防发生事故。有经验的矿工，听到矿井里的某种声响， 便会预感到有塌方发生，这些声响便是一种发射信号——地音。能不能及时地发现地音的变化，提前预测事故呢？一个好办法就是把地音信号记录下来，这是声发射技术在矿井、隧道工程中的具体应用。

我国“七五”科研成果之一的矿用地音仪，十分灵巧。把探头放入井下， 仪器就能自动记录下地音信号，并且打印在纸张上。人们一看记录，就会及早地发现巷道、硐室（指山洞、窑洞、矿坑等）、采场、边坡等地下和地上岩体的稳定情况，这也是将声波用图画描述出来的一种应用。重要的是，把

这种矿用地音仪和以电子计算机为核心的矿井监控系统联接起来，便能根据地音仪测出的各处地音及时地报警和采取自动保护措施。

有报道说，中国科学院金属研究所的声发射专家与中医界的专家协作， 利用声发射技术观测人体，研究在进行针灸以后人体内部声发射的情况，发现了经络传感方面的不少秘密。能不能用声发射技术准确地预报人体将要发生的疾病呢？这个诱人的课题恐怕要由今天的小学生来完成了。