淺談聲發射技術

1、基于聲發射技術的故障定位

通過聲發射技術定位功能可以直接地知道產生聲發射源的位置，進而方便對指定區域進行二次檢查。如常見的儲罐罐底定位，如果采用傳統的超聲波檢測方法可能需要幾個月時間，并且檢測的過程中需要對儲罐進行清理等，但是采用聲發射技術定位可以不對儲罐進行清理，時間也只需要幾個小時，如果檢測的結果表明有進一步檢測的必要，再采用超聲波檢測，如果沒有進一步檢測的必要就可以直接檢測完成。二者相比，聲發射技術可以減少非常多的檢測成本。

為了實現聲發射的定位功能，需要將各個聲發射傳感器采集儀的時間進行同步，同步須達到10us級才能實現較小區域的定位（分米*分米）。在物聯網時代之前的臺式聲發射檢測儀中，廣泛采用板間傳輸或有線傳輸方式來實現時間同步。

2、傳統的時間同步方式

2.1 板間同步方式

采用多個聲發射傳感器布置于罐體的四周，通過長距離的電纜接入到帶聲發射采集卡的計算機設備中通過采用精度極高（可達到百ns級）的板載高速總線，控制多個通道的同步采集，從而實現定位功能。

某司聲發射罐底腐蝕泄漏檢測系統

優點：1）同步精度很高，可以達到百ns級別；
2）采樣精度高，可以達到16~18位，采樣速度高，10Msps；
缺點：1）成本高；
2）集成通道有限，很難做到百通道以上；
3）受傳感器線長影響，可布設空間有限。

2.2 有線同步方式

采用有線傳輸方式通常使用串行接口來作為傳輸介質，通過分散式機箱布置，機箱通過有線/無線網絡（WIFI、4G、LORAWAN等）進行波形參數傳輸，可以增加布設空間。

某司的基于485總線的分散式聲發射檢測系統

每一組聲發射設備包含N個聲發射數據采集通道（從1到N，可動態配置），設備內通過高精度總線傳輸同步信號，設備間通過收發相接的RS485總線環形網絡，傳輸同步信息實現整個網絡的同步。按照RS485總線的負載能力，可實現30-40組設備的連接，而全網絡最大可實現700-800個通道的時鐘同步。

分散式聲發射檢測系統組成示意圖

優點：1）可容納的通道數較多;
2）分散式安裝，可降低安裝難度；
3）布設空間很大，設備間距可以很廣

缺點：1）同步精度一般，可達到十us級；

2）485電纜較長時，需要增加中繼；

3）安裝復雜，傳感器線纜和通信線纜多；

3、物聯網時代下的聲發射技術時間同步新模式

現代聲發射儀器已經逐漸進入物聯網時代，之前使用485工業總線進行有線時間同步的方式，雖然有精度高、連接穩定和高魯棒性等優點，但在呈陣列排布的大規模聲發射無線設備集群的應用中，則因缺乏靈活便捷性而顯得捉襟見肘。選用一種無線且高精度同步時鐘的方式，就顯得尤為重要。因此我們經過反復比較和實驗，選擇基于GPS及Wifi 這兩種可控距離長、穩定可靠的主流無線時間同步方式作為定位的核心聲發射技術。

3.1 GPS同步方式

清誠IOT聲發射設備采用小型化、集成化設計，設備內部集成傳感器、采集電路可充電電池和無線同步通信功能板，可實現寬范圍的聲發射信號采集、支持多種無線通信方式組網、支持多通道組合同步網絡等功能，具有體積小、功能強使用方便等特點。

優點：1）可容納通道數很多；
2）安裝布設容易，只需要安裝一次；
3）組網方便，可實現遠距離通信；
4）可實現長期無人值守；
5）布設空間廣，不需要通信線纜；
6）同步精度高，可達±1us；
7）單通道成本低。

缺點：需要放在空曠室外使用，受GPS信號影響大。

3.2 Wifi同步方式

WIFI無線同步技術由WIFI網內的無線主端設備為控制主體，以特定無線模式的無線定向廣播方式，向目標設備群組中若干無線從端設備發送包含同步時間標識同步數據包的同步序列信標。

優點：1）可容納通道數很多；
2）安裝布設容易，只需要安裝一次；
3）組網方便，可實現遠距離通信；
4）可實現長期無人值守；
5）布設空間廣，不需要通信線纜；
6）同步精度高，可達±1us；
7）單通道成本低。

缺點：受無線信號強度影響大，容易受障礙物影響。

總結：以上4種同步方式各有特點，在使用時可根據需求選擇合適的設備，4種同步方式的對比如下：

最新的清誠IOT聲發射設備內部兼容GPS/無線/有線3種同步方式，可通過配置同步模式，選擇GPS同步、無線同步和有線同步。

審核編輯 黃宇