本帖最后由 wdhd 于 2016-8-8 10:59 编辑
检测设备
1. 声发射传感器
(1) 传感器工作原理
某些晶体受力产生变形时，其表面出现电荷，而在电场的作用下，芯片又会发生弹性变形，这种现象称为压电效应。常用声发射传感器的工作原理，基于晶体组件的压电效应，将声发射波所引起的被检件表面振动转换成电压信号，供于信号处理。
压电材料多为非金属介晶体管，包括：锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡等多晶体和铌酸锂、碘酸锂、硫酸锂等单晶体。其中锆钛酸铅( )接收灵敏度高，式声发射传感器常用压电材料。铌酸锂晶体居里点高达1200℃，常用作高温传感器。
传感器的特性包括：频响宽度、谐振频率、幅度灵敏度，取决于许多因素，包括：(1)晶体的形状、尺寸及其弹性和压电常数;(2)芯片的阻尼块及壳体中安装方式;(3)传感器的耦合、安装及试件的声学特性。
(2) 类型与选择
传感器属检测系统的关键部位，其响应多敏感于表面振动的垂直位移，包括：位移、位移速度、位移加速度，这主要取决于传感器的频率响应和灵敏度特性。
传感器可分为压电型、电容型和光学型。其中，常用的压电型有可分为：谐振式(单端和差动式)、宽带带式、锥型式、高温式、微型、前放内置式、潜水式、定向式、空气耦合式和可转动式，其主要类型、特点和适用范围如下表所示。
类型
特点
适用范围
单端谐振传感器
谐振频率多位于50~300kHz内，典型应用为150kHz，主要取决于芯片的厚度，敏感于位移速度。响应频带载，波形畸变大，但灵敏度高，操作简便、价格便宜，适于大量常规检测
大多数材料研究和构件的非破坏检测
宽带带传感器
响应频率约为100~100kHz，取决于芯片的尺寸和结构设计。灵敏度低于谐振传感器，幅频特性不甚理想，单操作简便，适于多数宽带带检测
频谱分析、波形分析等信号类型或噪音的鉴别
锥型传感器
100~1500kHz内，频率影响平坦，灵敏度高于宽带带传感器。采用微型芯片和大被衬结构，尺寸大，操作不便，适于位移测量类检测。
源波形分析、频谱分析。也可作为传感器校准的二级标准
差动传感器
两个压电芯片的正负极差接而成，输出差动信号。与单端式相比，灵敏度较低，但对共模电干扰信号有好的抑制能力，适于强电磁噪音环境。
强电磁干扰环境下，可替代单端式传感器
高温传感器
采用居里点温度高的芯片，如铌酸锂芯片。使用温度可达540℃
高温环境下的检测，如在现反应容器
电容传感器
一种直流偏置的静电是位遗传感器。直到3MHz，频率响应平坦、物理意义明确，适于表面法像位移的定量量测，但操作不便，灵敏度较低，约为 ，适于特殊应用
源波形定量分析或传感器绝对灵敏度较准
光学传感器
属激光干涉计量的一种应用，直到20MHz，频率响应平坦，并具有非接触、点测量等特点，适于表面垂直位移的定量测量，但操作不便、灵敏度低，约为 ，适于特殊应用
仅用于实验室定量分析，也可作为标准位移传感器
(3) 传感器绝对灵敏度校准
绝对灵敏度较准，是声发射定性定量分析、二级标准传感器选择所不可缺少的环节，有表面脉冲法和互易法两种。绝对灵敏度( )，一般用在一定频率下，传感器的输出电压( )与表面垂直位移速度( )之比来表示，其单位为： 。
A、 表面波脉冲法
在半无限体钢制式块表面上，以铅笔芯或玻璃细管的断裂作为跃力点源，
B、
(4) 传感器相对灵敏度校准
在批量检测中，需要一种简便而经济的相对校准方法，以比较传感器灵敏度的变化。此类方法只提供传感器对仿真源的相对幅度或频率响应。
2. 电缆
(1) 电缆类型
传感器、前置放大器及主机之间通过电缆线连接。电缆类型包括：同轴电缆、双芯胶合线和光纤电缆。 同轴电缆微常用的基本类型，可满足电磁屏蔽和阻抗匹配的基本要求。前置放大器的电源线和信号输出线，一般共享同一个同轴电缆。
(2) 电缆中的噪音问题
传感器电缆，其屏蔽作用有限，对电磁波起着类似“天线”的作用，易受电磁波的干扰。为减少其影响而应限制其长度，一般不一大于1.5m。同理，传感器与金属试件之间不得短路，要保持电绝缘。强电磁噪音环境中，也可直接采用前置放大器内置式传感器，以消除由电缆线引入的噪音。此外，传感器本身也是电容器，因而电缆的分布电容会相应降低传感器的灵敏度。为使传感器之间的灵敏度保持一致，宜采用等长度电缆。
信号电缆线和连接件，在使用中常由于损伤或开路而会引起电磁噪音干扰。
(3) 阻抗匹配
当信号在电缆中传输时，如信号线的阻抗与终端或始端不匹配，信号将在传输线内发生反射，造成信号衰减，与有与两端都匹配才使信号衰减最小。为获得最佳传输功率，电缆线与前置放大器和主机都应当匹配。
前置放大器的输出阻抗和主机的输入阻抗一般为 ，因而，其连接都采用 的信号电缆。当主机的输入阻抗并非 时，应另加上阻抗匹配器。
(4) 电缆长度
传感器电缆很短，其传输衰减可忽略。但是，前置放大器置主机的电缆长度，可从几米至300m或更长的范围内变化，对常电缆应考虑信号衰减问题。一般而言，权限的衰减不宜大于3dB。当电缆长度大于300m时，应串接中继放大器。
3. 信号调节
(1) 前置放大器
前置放大器置于传感器附近，放大传感器的输出信号，并通过长电缆供主机处理。主要作用为：(1)高阻抗传感器与低阻抗传输电缆之间提供阻抗匹配，以防信号衰减;(2)通过放大微弱的输入信号，以改善与电缆噪音有关的信噪比;(3)通过差动放大，降低由传感器及其电缆引进的共模电噪音;(4)提供频率滤波器。
<前置放大器的主要性能包括：
A、 增益：通常提供40dB固定增益。有的还备有20dB和60dB附加增益，以适用不同的用途。
B、 频率范围：放大器本身可提供较宽的频率范围，通常约为2kHz~1MHz。然而，实际频宽取决于滤波器的选择，包括低通、高通和带通滤波器。
C、 噪音：噪音水平取决于晶体管的性能、放大器频宽、输入阻抗和环境因素，而频率范围越宽噪音水平就越高。因而，噪音水平，只有再同一频宽下比较才有意义。
D、 动态范围：可用最大输出信号幅度对输出噪音幅度之表示。为适用于宽的信号幅度范围，放大器的动态范围应尽可能大，一般为60~85dB。
(2) 滤波器
频率滤波器一般采用插件式或编程序，包括高通、低通和带通滤波器，主要用来排除噪音和现定检测系统工作频率范围。
选择滤波频带时，在噪音和传播衰减之间应适当作折衷考虑。例如，机械噪音的频率成分，多集中在100kHz以下，而传播衰减则约从300kHz起便的很大，从而限制着可监视范围。因此，在多数应用中，优先采用100~350kHz的带通滤波器。但对高衰减材料的检测，则不得不采用100kHz以下的低频滤波器。在宽带带检测中，则多采用100~1200kHz的带通滤波器。
4. 信号探测与处理
(1) 信号类型
在示波器上观察到的传感器输出信号有两种基本类型：突发型和连续型。突发型信号，指在时域上可分离的波形。实际上，所有声发射源过程，均为突发过程，如断续的裂纹扩展。不过，当声发射频度高达时域上不可分离的程度时，就以连续型信号显示出来，如塑性变形和泄漏信号。在实际检测中，也会出现其混合型。对于不同的信号类型，要采用不同的信号处理方法。
(2) 门坎比较器
为排除低幅度背景噪音及确定系统灵敏度，对前置放大器的输出，设置高于背景噪音水平的阀值电压，及称为门坎值。门坎比较器仅将幅度高于门坎值的信号鉴别为声发射信号，其原理如下图。
门坎电路采用固定门坎和浮动门坎两种。其中，浮动门坎可随背景噪音水平的波动而上下浮动，主要用于连续型信号背景下突发信号的探测。
(3) 信号特性参数
特征提取电路将过门坎信号测量为几何信号特性参数。连续信号参数包括：振铃计数、平均信号电平和有效值电压，而突发信号参数包括：波击计数、振铃计数、幅度、能量计数、上升时间、持续时间和时差。
[此贴子已经被作者于2005-10-8 21:39:01编辑过]
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发表于 2005-8-2 17:27
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