聲發(fā)射傳感器工作原理

　　先說一下壓電陶瓷，壓電陶瓷在受力產(chǎn)生變形時，其表面出現(xiàn)電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

　　常用聲發(fā)射傳感器的工作原理，就是基于晶體元件的壓電效應(yīng)。應(yīng)力波的傳播實(shí)質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動（橫波、縱波、表面波等）。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動傳遞到傳感器的接觸面的時候，帶動壓電陶瓷上的質(zhì)子運(yùn)動，從而對壓電陶瓷產(chǎn)生壓縮和拉伸的效果。進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電壓信號，送入信號處理器，完成應(yīng)力波到電信號波的轉(zhuǎn)變過程。

　　整體的圖如下

　　聲發(fā)射傳感器主要有4種，分別是諧振式傳感器、寬帶傳感器、差動（差分）型傳感器和內(nèi)置前放傳感器。

　　差分型聲發(fā)射傳感器，可以有效抑制共模信號的干擾，在電力行業(yè)檢測局放的應(yīng)用中比較合適。

　　內(nèi)置前放聲發(fā)射傳感器，傳感器輸出信號較大，可以有效抑制干擾，提高信號傳輸距離，不需要另配前置放大器，簡化聲發(fā)射系統(tǒng)。缺點(diǎn)是傳感器比較大、放大器和壓電陶瓷壞了整個就壞了。

　　傳感器輸出是模擬電壓信號，且（非內(nèi)置前放傳感器）一般情況下比較微弱。通常為mV級電別，使用時可以先用示波器測試一下信號的強(qiáng)弱，再決定要不要加放大器以及放大器的倍數(shù)。

　　聲發(fā)射傳感器選型

　　聲發(fā)射傳感器因應(yīng)用不同有很多種類型。選擇一個適合聲發(fā)射應(yīng)用的傳感器對于測量成功和可靠是至關(guān)重要的。在大多數(shù)情況下，傳感器選型的主要標(biāo)準(zhǔn)傳感器的頻率響應(yīng)適合檢測應(yīng)用。在一些特殊應(yīng)用環(huán)境（高溫、油浸、水浸、電磁等環(huán)境）可能會造成對AE傳感器的選擇更苛刻的限定。

　　在此，將為各類聲發(fā)射應(yīng)用提供選擇傳感器的方法，并且還提供一個實(shí)用解決方案針對陌生的全新領(lǐng)域聲發(fā)射應(yīng)用。

　　1.環(huán)境條件

　　大部分AE傳感器應(yīng)用在常規(guī)的環(huán)境中，然而，在高溫設(shè)備表面有些應(yīng)用需要特殊的AE傳感器，使用通用型傳感器可能導(dǎo)致傳感器損壞或者聲發(fā)射信號變形。在高溫環(huán)境下，選擇工作溫度在要求范圍內(nèi)的傳感器。一些應(yīng)用要求傳感器安裝在水、油浸沒的環(huán)境，應(yīng)選擇防護(hù)等級與之相適用的傳感器。在高電磁干擾的環(huán)境，選用常規(guī)AE傳感器信號變形，需要選擇抗電磁干擾性能強(qiáng)的傳感器與之配套。環(huán)境條件因素，是選擇傳感器頻率響應(yīng)之前就要考慮到的。

　　2.頻率范圍以及選擇

　　通常將聲發(fā)射傳感器頻率范圍分為超低頻（5kHz~20kHz）、低頻（20kHz~100kHz）、中頻（100kHz~400kHz）、高頻（》400kHz）四個類別。理由是隨著單位距離衰減頻率增加也隨之，在很多應(yīng)用當(dāng)中400kHz以上頻率對于測量是沒有意義的。還有就是依據(jù)絕大多數(shù)的聲發(fā)射應(yīng)用，將傳感器

　　用此方法進(jìn)行快速度分類是非常有用的。

　　在非常寬廣的頻率范圍有響應(yīng)的AE傳感器被稱為寬帶傳感器。寬帶AE傳感器具有平坦響應(yīng)曲線。它通常用于研究，對關(guān)注的未知頻率分析、采集的信號進(jìn)行頻譜分析。

　　2.1內(nèi)置放大器與外置放大器

　　AE傳感器分為內(nèi)置放大器和無內(nèi)置放大器，帶內(nèi)置放大器的AE傳感器也稱為有源傳感器，沒有內(nèi)置放大器被稱為無源傳感器。AE傳感器如果內(nèi)部集成前置放大器較之同類型普通傳感器更高、更重。

　　有源AE傳感器更適合于要求快速組裝測量的領(lǐng)域。要求測量裝置能快速被連接器連接起來使用，必須要減少連接頭的數(shù)量。

　　3.聲發(fā)射傳感器具體分類

　　首先，根據(jù)以實(shí)用應(yīng)用為前提，將傳感器分為通用型、差分型、寬帶型、低頻型、高溫型、防水型、內(nèi)置放大器型、空氣耦合型等。

　　3.1 通用型即普通型聲發(fā)射傳感器，常用的頻率30kHz、60kHz、150kHz、300kHz、500kHz、800kHz的產(chǎn)品參數(shù)如下表格。

　　普通型傳感器一般應(yīng)用于常溫、常壓的環(huán)境，但要求具備一定的抗電磁干擾能力。同時，每個出廠產(chǎn)品都要求配備頻率-響應(yīng)曲線圖，即靈敏度響應(yīng)曲線。通過 靈敏度響應(yīng)曲線可以了解到傳感器的工作頻率范圍，以及在使用多個傳感器時，傳感器之間的一致性能是否合格。

　　3.2小型聲發(fā)射傳感器，相對通用型傳感器尺寸更小，適合相對狹窄的安裝空間。常用的頻率如60kHZ、150kHZ、300kHZ、500kHZ。

　　3.3微型傳感器，相對小型傳感器更加小的外觀尺寸，安裝空間更加狹窄。一般諧振頻率為300kHz。一般來說小型傳感器因體積小，較之通用型靈敏度要小很多，請參考靈敏度曲線圖，并且與通用型150kHz的傳感器進(jìn)行對比。

　　3.4超低頻AE傳感器一般諧振頻率低于30kHz，它被應(yīng)用于巖體監(jiān)測，例如諧振頻率20kHz、10kHz的產(chǎn)品居多。

　　3.5高溫型聲發(fā)射傳感器，一般應(yīng)用于高溫機(jī)械設(shè)備進(jìn)行聲發(fā)射表面波的檢測，要求在高溫環(huán)境下性能穩(wěn)定。

　　3.6差分型聲發(fā)傳感器，它最特殊的性能是能夠有效的抵抗電磁干擾，與一般傳感器所不同的是輸出接口為差分型。

　　3.7防水絕緣型聲發(fā)射傳感器，應(yīng)用在水、油浸沒的環(huán)境中，傳感器可以完全放置在水或油中，達(dá)到檢測的目的。

　　3.8 中型聲發(fā)射傳感器，相對通用型傳感器要小，更適合于狹小區(qū)域內(nèi)安裝使用。