声发射仪的种类

2013-11-27 13:34:16来源: 互联网

1 声发射仪的分类方法有多种,按照采集信号通道数的多少可以分为单通道和多通道。
单通道声发射仪只有1个通道,主要用于对单点或者小区域的检测、监测等,一般无法完成对信号源位置的定位。2通道或更多通道的声发射仪称为多通道声发射仪。前者可以完成对较大区域的检测、监测,可完成在线状区域内声发射信号源的定位;3通道声发射仪器除可完成上述功能外,还可以完成三角区域和线状区域内声发射信号源的定位;超过3个则可以完成更大区域内信号源的检测、监测及对上述区域内的声发射信号源的多种算法的定位。仪器制造厂一般都配有依据上述定位算法的分析、显示软件,对球形、柱形等特定外形的设备,有的制造厂开发了更为直观的定位分析软件。
选择购买单通道还是多通道,或具体多少个通道,需要根据特定的需求进行选择。考虑的因素有:待测设备的材质(影响频率、声速和衰减)、待测设备的最大几何尺寸、几何形状、需要的定位类型等。几何尺寸大、材质衰减大、形状特殊的检测应用需要的通道数就多,反之就少。一般在钢材中,声发射信号可以接收的传播距离在5m内为宜,超过此长度应考虑增加通道数。而狭长的设备,例如长管拖车则需要考虑定位类型,一般采用线定位时就可以减少所需要的通道数。
另外,在采购时可考虑比需要的通道数多1~2个通道,作为备用通道用。

2 按照声发射信号所采用的技术,可分为以模拟电路为主的模拟式声发射仪和以数字电路为主的数字电路式声发射仪。
模拟式声发射仪投用历史较长,技术相对成熟、仪器相对稳定和可靠、操作软件简单、便于学习等优点。但这类仪器存在着温度漂移大、易受干扰、功耗大、重量大、体积大等缺点。数字仪器一般采用CPLD、FPGADSP等技术,由于模拟电路较少所以其整体体积较小、重量轻、功耗低、温漂影响小。但是,由于在数字声发射仪的处理软件上叠加了许多功能,功能强大;但学习相对困难,对于工程检测反而麻烦了不少。另外,这类设备投用历史相对较短,对其可靠性、稳定性等要多加注意,由于采用了许多新技术,处理不好反而易出问题。
需要说明的是,没有真正意义上的全数字声发射仪。因为自然界的信号都是连续的(宏观而言),所以,即使最为理想的情况是将传感器来的信号直接予以模拟-数字转换(ADC),也需要要模拟电路(ADC本身就应归为模拟电路);而一般在传感器之后还要加前置放大器、信号调理电路等,所以根本不可能是全数字化仪器。而一般意义上的全数字声发射仪指其除
了ADC和信号调理电路外,不再有其它影响参数和波形的模拟电路而已!

3 按照信号的处理方式,可以将声发射仪分为参数式声发射仪、直接波形式声发射仪和参数-波形式声发射仪。

3.1参数式声发射仪是目前使用范围最广、应用时间最长的声发射仪,其分析方法也被大多数业内人士认可,分析方法比较成熟,操作简单,大多数多通道声发射仪都是这类仪器。参数声发射仪是指在信号处理通道的电路中,借助模拟或者数字电路将声发射信号直接处理成一定意义的参数数据,然后再送到计算机进行显示、分析、处理和保存的仪器。这种仪器一般需要设置门槛(阈值)、HDT(撞击定义时间),有的需要设置增益、PDT、HLT等。由于参数数据的数据量少,所以对声发射信号的实时响应能力强、数据流量小、对计算机的显示、分析、数据存储等能力的要求低,一般计算机均可满足要求,无论PCI总线、ISA总线等均可,同时,参数式仪器丢失信号的几率相对低。由于电路直接生成参数数据,无法传递波形,所以丧失了更多的有效信息。但就一般检测工程而言,参数采集可以满足大多数应用,而如果进行声发射信号分析和应用研究则参数式仪器有一定的局限性。

3.2 直接波形式声发射仪器是指将声发射信号进行A/D转换,然后将此波形数据直接传递到计算机,由计算机再进行参数提取、显示、分析、数据存储等工作。在满足实时性的前提下无疑这是最为理想的仪器,因为这样一般的采集卡即可满足需要,价格将非常低廉。但是,在目前电子设计技术和计算机技术下,少数通道的直接波形采集和分析是可以满足实时性要求的;但是当通道数多、ADC的转换频率高、分析功能复杂时,实时性难以得到保证,势必存在丢失部分信号的可能,所以在选择时需要引起重视。为了达到高的数据传输速度、快的分析和计算时间,一般直接波形式声发射仪需要很高的计算机配置。

以目前大多数计算机支持的32位、33MPS的PCI总线为例,其数据传递的最大理论速度为132MB/S(字节/秒),实际受计算机系统设计水平、计算机操作系统采用非实时性操作系统、采集软件驱动设计水平、系统其它软件引入的延时等的影响,一般达到100MB/S已经是实际可看到几乎最高的采集速度了。而计算机系统除了进行数据采集外还进行参数数据提取、数据分析、存储、参数显示、波形显示等操作,再考虑系统多个采集卡之间切换的相互影响,整个系统的总体速度一般在60MB/S已经相当不错了。我们假定每个信号通道的采集速度为5MS/S(也记为MSPS--Mega-Sapmles Per Seconds,百万次采样每秒),考虑ADC的位数为12位以上,则每个通道的数据流速度为10MB/S(假定不做实时压缩处理)。显然,整个系统只能保证5MS/S的采集速度下6个信号通道的实时采集。上述估计已经假定在单位时间内声发射撞击的数量不多,不至于使得计算机写硬盘的时间过长而影响采集的速度。因此,对于通道数多、实时性要求很高、不需要波形数据的场合,似不宜选择直接波形式的声发射仪。

3.3参数-波形式声发射仪综合了参数式和直接波形式声发射仪各自的特点,在保证参数数据实时性的同时,在系统允许的情况下传递一定数量的波形。这种仪器首先在每个信号通道的处理电路中,一般通过设置门槛,直接生成部分或者全部参数数据,同时,保留部分或者全部波形数据,一般是过门槛后一定长度的波形数据。由于其照顾了参数数据的实时性要求且波形只取一定长度,所以,笔者这是在实时性和全波形之间的较好的折衷,一般认为,只要设计得当,此类仪器可满足大多数的应用需求。其缺点是由于兼顾波形和参数数据,电路稍微复杂些,成本也会增加一些;由于照顾了参数数据,波形数据在单位时间内声发射撞击数多时,仍然存在丢失部分的波形数据的问题;由于保存部分过门槛波形,可能会丧失部分有意义的细节。这类声发射仪对计算机的要求比较灵活,如果对波形数据的要求不十分苛刻则可以降低对计算机系统的配置要求。

关键字:声发射仪

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1127/article_21279.html
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