声发射检测系统优化方案介绍

1.系统的分类

自20世纪60年代末，首台声发射仪商品问世以来，已更新换代多次，在结构、功能、数字化程度和价格上均有很大变化。声发射检测系统按照通道数量可分为单通道检测系统、双通道检测系统、多通道检测系统；按照功能可分为工业专用检测系统、通用型检测系统；按照原理分类可分为波形采集型检测系统、参数采集型检测系统、混合型检测系统；按照数字化程度可分为模拟式检测系统、全数字化检测系统；从仪器结构上可分为单片机检测系统、微机控制式检测系统、插卡式检测系统等。现代检测仪器发展的主流是体积小型化、功能强大化、价格低廉化。声发检测系统的类型、特点与适用范围见表3.1-9。

表3.1-9 声发射检测系统的类型、特点、适用范围

（续）

2.系统的组成

声发射检测系统一般由硬件系统和软件系统组成。把一个传感器从声发射源接收到的信号所单独通过的电子处理系统称为声发射通道。由一个或多个声发射通道按照并行结构组合就形成了声发射检测系统的硬件。以单通道声发射检测系统为例，其一般由前端单元、信号处理单元、存储与显示单元组成，如图3.1-26所示。

图3.1-26 单通道声发射检测系统的组成

Ⅰ—前端单元 Ⅱ—信号处理单元 Ⅲ—存储与显示单元

1—传感器 2—传感器电缆 3—前置放大器 4—主信号电缆 5—主放大器 6—模数转换（A/D） 7—信号特征参数采集器 8—波形数据采集器 9—数据总线 10—计算机

前端单元主要包括传感器、传感器线缆、前置放大器（俗称前放）及主信号电缆。在某些检测系统中，前放与传感器集成为一体，这样前端单元只包括主信号电缆和前放一体化传感器。

信号处理单元是声发射检测系统的最主要部分，其主要作用是对信号进行特征提取或波形解析处理等。信号处理单元一般包括主放大器、模数转化（A/D）器、信号特征参数采集电路、波形采集电路、数据运算器、缓存器、数据总线等。现代全数字声发射检测系统中一般省去了主放大器，还有的系统没有波形处理模块。

存储与显示单元一般由计算机担任，负责信号数据的存储并提供检测软件的运行平台，通过软件在计算机屏幕或打印机上对数据进行显示。多通道声发射检测系统就是在单通道系统基础上增加了独立通道控制器、总通道协调器、通道间数据总线而构成的。所增加部分的主要作用是协调各检测通道之间的工作，其中最重要的一项工作是统一数据的采集时机。多通道检测系统组成示意如图3.1-27所示。

3.声发射检测系统的发展(www.xing528.com)

自从第一台商用化的声发射检测系统于20世纪60年代在美国诞生以来，声发射检测系统的发展经历了模拟式单通道单功能检测系统、模拟式多功能多通道检测系统、计算机控制式多通道多功能检测系统、全数字化PC插卡式检测系统等阶段。现在普及应用的多是全数字化PC插卡式检测系统，声发射检测系统PC插卡示意如图3.1-28所示。

以美国产品为代表的国外全数字化声发射检测系统，其通道扩展能力最大可以达到500多个，信号采集速度超过20000hits/s，波形采样率最高可达40MHz，并可以进行连续采样，整个系统的动态范围不小于80dB。其数据处理功能强大，可以进行实时或事后的各种滤波，可以进行包括三维、球面、柱形、锥形等复杂曲面定位，有的还提供小波分析、神经网络等数据分析工具。除功能越来越强大外，声发射检测系统的体积越来越小，价格也越来越低。一个计算机普通台式机箱大小的声发射仪器可以有100多个通道，单个通道的价格相比10年前下降了近85%，国外多通道检测系统示意如图3.1-29所示。近来掌上型声发射仪器已经诞生，并具备原来台式机器的所有功能，如图3.1-30所示。有消息透露，更轻便、更简洁的无线声发射设备也即将问世，该系统的诞生将对现有声发射检测系统产生革命性的影响，从此多通道检测系统将摆脱复杂、繁琐的电缆，可真正实现快速高效监测。

图3.1-27 多通道声发射检测系统的组成

图3.1-28 声发射检测系统PC插卡

图3.1-29 国外多通道检测系统

图3.1-30 掌上型两通道声发射检测系统

4.检测系统的选择

检测系统的使用与选择主要根据检测对象的声发射特性及检测目的，从以下几个方面进行：

1）检测频率。声发射信号的频域、幅度、频度特性等随材料类型的不同有很大的差别，如金属材料的频域约为数千赫兹到数兆赫兹，复合材料约为数千赫兹到数百千赫兹，岩石与混凝土约为数百赫兹到数百千赫兹。对不同材料需考虑不同的工作频率。

2）检测通道。对实验室材料试验、现场构件检测、各类工业过程监视等不同的检测对象尺寸和形状，需选择不同类型的系统。例如，对实验室研究，多选用通用型少通道的仪器；对大型构件，多采用多通道型功能较为单一的检测系统。

3）数据信息。根据所需检测数据信息类型和分析方法选择检测系统的功能与性能，如是否需要采集波形、源定位的种类、信号处理的工具与方法等。