聲音作為人們最熟悉的信息之一，具有采集容易，信息含量豐富，檢測范圍廣等特點(diǎn)，因此聲音在信息處理領(lǐng)域得到了很多的關(guān)注和研究。聲學(xué)診斷技術(shù)就是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容，例如在各種大型機(jī)器工廠中，通過檢測機(jī)器運(yùn)行的聲音，從而監(jiān)控是否出現(xiàn)異常或者通過材料內(nèi)部斷裂發(fā)出的聲信號判斷材料是否發(fā)生斷裂等病害。聲學(xué)診斷技術(shù)是利用聲學(xué)原理對設(shè)備故障診斷的技術(shù)，通常聲學(xué)診斷技術(shù)包括噪聲診斷、超聲波診斷和聲發(fā)射診斷三種方法。
噪聲診斷技術(shù)是根據(jù)設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)出的聲音和噪聲來判斷是否發(fā)生故障的技術(shù)，該技術(shù)常用的分析工具是頻譜分析，倒頻譜分析、頻率分析和倒頻率分析。根據(jù)這些分析的圖形進(jìn)行設(shè)備故障的診斷，在設(shè)備工作中對于設(shè)備工程檢測部件的損傷常利用敲擊的方法進(jìn)行診斷從而得出對設(shè)備故障的判斷。
例如Alsadak利用傳聲器陣列接收空氣中聲信號，并采用包絡(luò)頻譜的方法診斷離心泵中的滾動軸承，Lu利用調(diào)制信號雙頻分析空氣聲信號抑制噪聲，利用幅值峰值判斷齒輪箱逐漸惡化的過程，Yao基于多級注意力機(jī)制，通過遞歸跟蹤噪聲分量去噪并采用基于改進(jìn)的TSN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)噪聲環(huán)境下良好的齒輪故障模式檢測性能。
例如丹麥Brüel & Kjær公司研發(fā)的4988-A型1/4英寸預(yù)極化壓力場傳聲器，可以針對噪聲源識別，聲學(xué)風(fēng)洞測試，汽車或飛機(jī)表面聲壓測試等。該型傳聲器幅值和相位一致性好，且?guī)缀醪皇軠囟取穸扔绊懀m用于微調(diào)陣列傳聲器或主動降噪系統(tǒng)用作參考以及產(chǎn)線測試。額定靈敏度11mV/Pa，頻率范圍20Hz-20kHz ±1dB, 動態(tài)范圍 29dB(A)-146dB，采用CCLD供電，支持TEDS，每只均配有出廠單獨(dú)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可用于實(shí)時(shí)頻響修正。
超聲波診斷技術(shù)通過超聲波發(fā)射器的發(fā)射與接收來判斷設(shè)備零部件缺陷，常用的方法有三種，回波脈沖法，穿透傳輸法，共振測量法，主要應(yīng)用于檢測金屬壓力容器和管道的腐蝕、壁厚、金屬材料及零部件的內(nèi)部缺陷與裂紋。
例如Jo等利用300HZ的超聲波信息分析特定頻率信號相對于距離的衰減情況探究了渦輪葉片的損失和畸變。例如法國TPAC公司研發(fā)的最新一代Pliot多通道超聲檢測儀系統(tǒng)，可以執(zhí)行各類高級別超聲檢測作業(yè)，包括航空、冶金、油氣、機(jī)器人等領(lǐng)域。擁有100MB/s的數(shù)據(jù)吞吐量，帶寬范圍涵蓋10KHz-20MHz，有著8個(gè)并行通道，數(shù)字動態(tài)范圍達(dá)162dB，Pliot的高壓觸發(fā)和雙極脈沖也有助于檢測厚型、有噪聲或復(fù)雜的材料。
聲發(fā)射診斷法，聲發(fā)射信號是由于材料內(nèi)部或者缺陷引起的瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象，作為一種無損檢測的方法，聲發(fā)射信號技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種壓力容器，軸承損傷，管道泄露，殼體結(jié)構(gòu)性完整，混凝土材料診斷等。聲發(fā)射信號長期以來被認(rèn)為是實(shí)時(shí)檢測材料和結(jié)構(gòu)的有效技術(shù)，不僅可以提供關(guān)于缺陷存在的有用信息，還提供了關(guān)于缺陷嚴(yán)重程度的有效信息，通過聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，可以獲得被測結(jié)構(gòu)的損壞現(xiàn)象來源，斷裂面積，損壞機(jī)理，應(yīng)力狀態(tài)，時(shí)間依賴性行為。一個(gè)完整的聲發(fā)射系統(tǒng)包括聲發(fā)射傳感器，前置放大器或阻抗匹配變壓器，帶通濾波器，主放大器，電纜以及探傷器。
目前分析聲發(fā)射信號的方法可以分為三種：時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)頻分析。時(shí)域分析是基于時(shí)域波形分析的方法，包含了聲發(fā)射信號中的振鈴計(jì)數(shù)、事件計(jì)數(shù)、幅度等信息。頻域分析是將聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)換到頻域中進(jìn)行分析，常用的有頻譜圖、雙譜分析、包絡(luò)分析等，時(shí)頻分析用于處理非平穩(wěn)信號，常用的時(shí)頻分析工具有短時(shí)傅里葉變換，小波分析等。
目前最新的研究成果中，開發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，用于檢測和定位損傷，以確定結(jié)構(gòu)斷裂特征和預(yù)測失效模式，并且在殘余噪聲嚴(yán)重污染的情況下識別結(jié)構(gòu)損傷的有效性。例如利用模糊C均值聚類方法中，Omkar將聲發(fā)射信號分為不同的信號源測試了聲發(fā)射信號的基本參數(shù)，Marec結(jié)合主成分分析的方法對聲發(fā)射信號進(jìn)行聚類分析了材料損傷機(jī)制。
在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中，Lazarska等使用聲發(fā)射信號和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測鋼硬化過程，Schabowicz等采用聲發(fā)射方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究了纖維水泥板暴露于火災(zāi)時(shí)的降解程度。利用深度學(xué)習(xí)例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，Hesser提取AE信號的小波變換的RGB圖像利用VGG16等網(wǎng)絡(luò)獲得了優(yōu)異的分類結(jié)果，Konig對AE信號做連續(xù)小波變換特征輸入GoogleNet中分析了滑動軸承的磨損機(jī)制。
聲發(fā)射信號作為一種被動無損檢測技術(shù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)可以自動識別結(jié)構(gòu)中的損傷，而進(jìn)一步的端到端的深度學(xué)習(xí)避免了提取聲發(fā)射信號特征帶來的經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。例如美國物理聲學(xué)公司（PAC）研制的最新一代Express8聲發(fā)射系統(tǒng)，采用了全新的Express總線技術(shù)，有著更快的處理速度，并且重量輕，采樣率可達(dá)10MHz，超過500個(gè)自由組合的數(shù)字濾波器，每塊卡上有8個(gè)通道，具有波形流功能，適合研究與各類現(xiàn)場應(yīng)用。
聲學(xué)診斷技術(shù)及其應(yīng)用仍然在快速發(fā)展，如實(shí)現(xiàn)故障自動診斷和數(shù)據(jù)智能化分析的智能化檢測；利用無線傳感器和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的非接觸式檢測；聯(lián)合多種技術(shù)，如紅外熱成像、超聲波、激光測距等技術(shù)的聯(lián)合檢測；采用微型傳感器和便攜式儀器的微型化檢測等。
聲學(xué)診斷技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工業(yè)制造領(lǐng)域，建筑工程領(lǐng)域以及環(huán)境檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、噪聲監(jiān)測和聲學(xué)隔振等領(lǐng)域，在醫(yī)療領(lǐng)域和生命科學(xué)領(lǐng)域也逐漸廣泛應(yīng)用，如超聲檢測、聲波治療、以及生物學(xué)細(xì)胞研究等領(lǐng)域。但是，目前基于聲學(xué)診斷仍然存在著困難和挑戰(zhàn)，例如脈沖信號占據(jù)主導(dǎo)的噪聲，過于脆弱的零件會在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變使得測量結(jié)果的變化，多種類型的故障同時(shí)發(fā)生以及測量設(shè)備周圍的干擾信號等。
