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聲發射傳感器工作原理_聲發射傳感器選型

2019年11月25日 10:30 網絡整理 作者:網絡整理 用戶評論(0

  聲發射傳感器工作原理

  先說一下壓電陶瓷,壓電陶瓷在受力產生變形時,其表面出現電荷,這種現象稱為壓電效應。

  常用聲發射傳感器的工作原理,就是基于晶體元件的壓電效應。應力波的傳播實質是質點運動(橫波、縱波、表面波等)。質點的運動傳遞到傳感器的接觸面的時候,帶動壓電陶瓷上的質子運動,從而對壓電陶瓷產生壓縮和拉伸的效果。進而轉換為電壓信號,送入信號處理器,完成應力波到電信號波的轉變過程。

  整體的圖如下

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

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

  內置前放聲發射傳感器,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,簡化聲發射系統。缺點是傳感器比較大、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弱,再決定要不要加放大器以及放大器的倍數。

  聲發射傳感器選型

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

  在此,將為各類聲發射應用提供選擇傳感器的方法,并且還提供一個實用解決方案針對陌生的全新領域聲發射應用。

  1.環境條件

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

  2.頻率范圍以及選擇

  通常將聲發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,在很多應用當中400kHz以上頻率對于測量是沒有意義的。還有就是依據絕大多數的聲發射應用,將傳感器

  用此方法進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曲線。它通常用于研究,對關注的未知頻率分析、采集的信號進行頻譜分析。

  2.1內置放大器與外置放大器

  AE傳感器分為內置放大器和無內置放大器,帶內置放大器的AE傳感器也稱為有源傳感器,沒有內置放大器被稱為無源傳感器。AE傳感器如果內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量。

  3.聲發射傳感器具體分類

  首先,根據以實用應用為前提,將傳感器分為通用型、差分型、寬帶型、低頻型、高溫型、防水型、內置放大器型、空氣耦合型等。

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

  普通型傳感器一般應用于常溫、常壓的環境,但要求具備一定的抗電磁干擾能力。同時,每個出廠產品都要求配備頻率-響應曲線圖,即靈敏度響應曲線。通過 靈敏度響應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的傳感器進行對比。

  3.4超低頻AE傳感器一般諧振頻率低于30kHz,它被應用于巖體監測,例如諧振頻率20kHz、10kHz的產品居多。

  3.5高溫型聲發射傳感器,一般應用于高溫機械設備進行聲發射表面波的檢測,要求在高溫環境下性能穩定。

  3.6差分型聲發傳感器,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防水絕緣型聲發射傳感器,應用在水、油浸沒的環境中,傳感器可以完全放置在水或油中,達到檢測的目的。

  3.8 中型聲發射傳感器,相對通用型傳感器要小,更適合于狹小區域內安裝使用。

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( 發表人:姚遠香 )

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