石碑監測聲發射信号聚類分析——以凝灰岩凍融破壞為例
影響曆史古迹的環境因素和内生因素共同作用，導緻退化現象的發展。保護的主要目的是通過消除或控制相關影響因素來阻止或減緩惡化。
這在實踐中很難實作，尤其是以石碑為代表的室外不可移動文物。補救性的保護處理，如海水淡化、加強、修複缺損或缺損等，隻能暫時提高古迹抗進一步惡化的能力。
通過多種監測手段實時捕捉惡化發展動态，對評估保護措施的有效性，為保護措施的設計、實施和改進提供資料支援至關重要。
許多類型的現場位移和應變儀、光纖傳感系統、熱成像等監測技術正在文化遺址中得到應用。
這些方法更擅長于将損傷、斷裂暴露到外層和表面後進行反射。探地雷達、磁共振成像、計算機斷層掃描、X射線和γ射線檢測等電磁探測技術，以及P波速度測試和超音波斷層掃描等超音波測量可以揭示内部解體。
電磁輻射的安全管理和儀器的便攜性限制了它們的使用，僅限于狀态檢測，而不是連續的現場監測。
聲發射技術是一種很有前途的方法，用于監測受外部或環境誘發載荷影響的物質文化古迹，它具有反映狀态變化的特性，可以在視覺出現之前就了解退化和損壞的發展過程。
AE是指瞬态彈性波，通常在1kHz到1MHz的範圍内，由在形成新的外表面時存儲的應變能突然重新分布而形成。通過材料傳播的彈性波可以通過位于表面的AE壓電換能器實時記錄為電壓信号。
聲發射技術作為非侵入式和被動式技術已廣泛用于民用、航空和工業應用，以評估材料的損壞和監測結構的結構健康。該技術于20世紀80年代被引入保護領域，并從多個角度開展了相關應用。
在砌體結構退化機理研究中監測鹽結晶，監測環境變化下木制品的實體變化可用于損傷風險評估和室内氣候管理，可在木質文化遺産樂器中檢測木食性昆蟲，可研究裝飾塗料中的風化和失效。
盡管使用AE監測和預測損傷的概念已于1987年提出，在過去的幾十年中，已經釋出了一些建議，為實踐中的基本設定和程式提供指導。AE系統的驚人發展允許捕獲完整波形并計算範圍廣泛的基于命中的信号參數。
通過應用直接和間接波形特征、随時間累積的參數特征以及多變量分析工具，開發了用于闡述AE資料以更好地區分各種損傷現象的方法，k均值聚類、自組織圖分析和人工神經網絡。
凝灰岩一般作為一個統稱，泛指所有具有火山岩基質和岩漿冷卻凝固形成的多種顆粒的火山碎屑岩。其美觀的外觀和良好的可加工性，凝灰岩一直被普遍用作建築和藝術品材料。
每個循環期間連續進行AE監測，将樣本移動到解凍條件的過程中，在該過程中儀器暫停以避免記錄幹擾信号。
一個AE換能器使用聚酰胺基熱熔膠連接配接到每個樣本的B側，其玻璃化轉變溫度較低，為−40°C，確定換能器受到該實驗的頻繁F-T循環仍然牢固安裝。
配備前置放大器2、4、6和AE換能器R3A的多通道單元MicroIIPCI-2應用以下輸入參數，前置放大器總增益為40dB，門檻值為36dB，采樣頻率為1MSPS，高通濾波器和低通濾波器分别為1kHz和1MHz，峰值定義時間和命中定義時間以及命中鎖定時間為300/600/1000。
在塑性變形過程中記錄到持續時間長、計數大、振幅小的聲發射信号，而在脆性斷裂過程中記錄到信号D短、N小、A高。間接參數RA值和平均頻率是與波形相關的直接參數的比值，被提議用于信号鑒别。
以高AF和低RA值為特征的AE事件可以與拉伸裂紋擴充相關聯。高RA和低AF值為特征的AE信号可識别其他類型的裂紋，剪切裂紋擴充。通過确定與主要信号分離的離群信号，将RA值和AF應用于初步去噪過程。
AE波形參數的去噪程式和相關方法，以及對監測到的AE信号進行分類和表征。
聚集的AE信号呈現出單個F-T周期内發生時間和90個周期的整體F-T惡化過程的不同時間特征。有某些特征的信号更有可能出現在特定的劣化階段。
總體監測的AE信号的可能分布表明，AE事件的最高活動性可能發生在解凍階段和惡化的III階段内表面溫度快速升高的早期階段，數量、寬度和長度迅速增加的裂縫。
值得注意的是，CD-FT-3表現出更完整的四個劣化階段，在第一個表面裂紋出現之前，在早期階段顯示出峰值的雙峰分布。AE在監測石材的F-T劣化過程和在可辨識的損壞之前進行預警的适用性。
以顯着絕對能量為特征的信号被認為與裂紋向外層的擴充有關。以較高間接參數RA值，為特征的信号可能與在可見表面裂紋暴露之前的劣化過程的早期階段微裂紋的打開和關閉有關。
聲發射技術在跟蹤正在退化的石材材料的機械變化方面的潛在用途，提供聚類分析作為一種有前途的信号解釋方法。
聲發射信号的來源定義及其與劣化過程的相關性驗證不僅限于凝灰岩和F-T惡化。信号處理和分類方法對于通過AE信号分析确定惡化類型和進展階段的改進至關重要。
