石碑监测声发射信号聚类分析——以凝灰岩冻融破坏为例
影响历史古迹的环境因素和内生因素共同作用，导致退化现象的发展。保护的主要目的是通过消除或控制相关影响因素来阻止或减缓恶化。
这在实践中很难实现，尤其是以石碑为代表的室外不可移动文物。补救性的保护处理，如海水淡化、加固、修复缺损或缺损等，只能暂时提高古迹抗进一步恶化的能力。
通过多种监测手段实时捕捉恶化发展动态，对评估保护措施的有效性，为保护措施的设计、实施和改进提供数据支持至关重要。
许多类型的现场位移和应变仪、光纤传感系统、热成像等监测技术正在文化遗址中得到应用。
这些方法更擅长于将损伤、断裂暴露到外层和表面后进行反射。探地雷达、磁共振成像、计算机断层扫描、X射线和γ射线检测等电磁探测技术，以及P波速度测试和超声波断层扫描等超声波测量可以揭示内部解体。
电磁辐射的安全管理和仪器的便携性限制了它们的使用，仅限于状态检测，而不是连续的现场监测。
声发射技术是一种很有前途的方法，用于监测受外部或环境诱发载荷影响的物质文化古迹，它具有反映状态变化的特性，可以在视觉出现之前就了解退化和损坏的发展过程。
AE是指瞬态弹性波，通常在1kHz到1MHz的范围内，由在形成新的外表面时存储的应变能突然重新分布而形成。通过材料传播的弹性波可以通过位于表面的AE压电换能器实时记录为电压信号。
声发射技术作为非侵入式和被动式技术已广泛用于民用、航空和工业应用，以评估材料的损坏和监测结构的结构健康。该技术于20世纪80年代被引入保护领域，并从多个角度开展了相关应用。
在砌体结构退化机理研究中监测盐结晶，监测环境变化下木制品的物理变化可用于损伤风险评估和室内气候管理，可在木质文化遗产乐器中检测木食性昆虫，可研究装饰涂料中的风化和失效。
尽管使用AE监测和预测损伤的概念已于1987年提出，在过去的几十年中，已经发布了一些建议，为实践中的基本设置和程序提供指导。AE系统的惊人发展允许捕获完整波形并计算范围广泛的基于命中的信号参数。
通过应用直接和间接波形特征、随时间累积的参数特征以及多变量分析工具，开发了用于阐述AE数据以更好地区分各种损伤现象的方法，k均值聚类、自组织图分析和人工神经网络。
凝灰岩一般作为一个统称，泛指所有具有火山岩基质和岩浆冷却凝固形成的多种颗粒的火山碎屑岩。其美观的外观和良好的可加工性，凝灰岩一直被普遍用作建筑和艺术品材料。
每个循环期间连续进行AE监测，将样本移动到解冻条件的过程中，在该过程中仪器暂停以避免记录干扰信号。
一个AE换能器使用聚酰胺基热熔胶连接到每个样本的B侧，其玻璃化转变温度较低，为−40°C，确保换能器受到该实验的频繁F-T循环仍然牢固安装。
配备前置放大器2、4、6和AE换能器R3A的多通道单元MicroIIPCI-2应用以下输入参数，前置放大器总增益为40dB，阈值为36dB，采样频率为1MSPS，高通滤波器和低通滤波器分别为1kHz和1MHz，峰值定义时间和命中定义时间以及命中锁定时间为300/600/1000。
在塑性变形过程中记录到持续时间长、计数大、振幅小的声发射信号，而在脆性断裂过程中记录到信号D短、N小、A高。间接参数RA值和平均频率是与波形相关的直接参数的比值，被提议用于信号鉴别。
以高AF和低RA值为特征的AE事件可以与拉伸裂纹扩展相关联。高RA和低AF值为特征的AE信号可识别其他类型的裂纹，剪切裂纹扩展。通过确定与主要信号分离的离群信号，将RA值和AF应用于初步去噪过程。
AE波形参数的去噪程序和相关方法，以及对监测到的AE信号进行分类和表征。
聚集的AE信号呈现出单个F-T周期内发生时间和90个周期的整体F-T恶化过程的不同时间特征。有某些特征的信号更有可能出现在特定的劣化阶段。
总体监测的AE信号的可能分布表明，AE事件的最高活动性可能发生在解冻阶段和恶化的III阶段内表面温度快速升高的早期阶段，数量、宽度和长度迅速增加的裂缝。
值得注意的是，CD-FT-3表现出更完整的四个劣化阶段，在第一个表面裂纹出现之前，在早期阶段显示出峰值的双峰分布。AE在监测石材的F-T劣化过程和在可辨别的损坏之前进行预警的适用性。
以显着绝对能量为特征的信号被认为与裂纹向外层的扩展有关。以较高间接参数RA值，为特征的信号可能与在可见表面裂纹暴露之前的劣化过程的早期阶段微裂纹的打开和关闭有关。
声发射技术在跟踪正在退化的石材材料的机械变化方面的潜在用途，提供聚类分析作为一种有前途的信号解释方法。
声发射信号的来源定义及其与劣化过程的相关性验证不仅限于凝灰岩和F-T恶化。信号处理和分类方法对于通过AE信号分析确定恶化类型和进展阶段的改进至关重要。
