声发射传感器 声发射传感器的结构和选型指南「全」

声发射传感器的结构和选型指南「全」

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发射传感器的主要元件是压电陶瓷

压电陶瓷的特性我们之前讲过

本文主要介绍各类传感器的结构

谐振式传感器

谐振式声发射传感器一般由壳体、耦合面、压电元件、连接导线及接线端子组成。

将压电元件的负电极面用导电胶粘贴在底座上，另一面焊出一根很细的引线与高频插座的芯线连接，外壳接地。

耦合面起到声耦合、绝缘以及保护压电陶瓷的作用；金属外壳除保护压电陶瓷外，也对电磁干扰起一定屏蔽作用。

宽带型传感器

宽带型声发射传感器除了和谐振式传感器一致的部分之外，还加入阻尼材料抑制谐振，从而达到通频带响应平滑。

内置前放型传感器

内置前放型声发射传感器在谐振式/宽带型传感器的基础上，加了一个预放大器，从而使传感器输出的信号变大，延长传输距离。

差分型传感器

差分型声发射传感器有两对称的压电元件组成，用于抑制共模信号。后需要接差分输入的放大器。在电气干扰强的环境中表现尤为优异。

除以上类型外还有

一些在外型结构上有改变的传感器

如

小尺寸传感器

顶部接头传感器

直接出线式的传感器

防水绝缘传感器

自带磁吸附传感器

等

声发射传感器工作原理-清诚声发射研究（广州）有限公司

1、声发射传感器的原理 声发射传感器将声发源在被探测物体表面产生的机 械振动转换为电信号, 它的输出电压V(t,x)是表面位移波U(x,t)和它的响应函数T(t)的卷积: V(t,x)=U(t,x)T(t)。理想的传感器应该能同时测量样品表面位移(或速度)的纵向和横向分量,在整个频谱范围内(0～100MHz或更大)能将机械振动线性地转变为电信号, 并具有足够的灵敏度以探测很小的位移(通常要求≤10-14m)。

目前人们还无法制造上述这种理想的传感器，现在应用的传感器大部分由压电元件组成，压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡等多晶体和铌酸锂、碘酸锂等单晶体，其中，锆钛酸铅（PZT－5）接收灵敏度高，是声发射传感器常用压电材料。铌酸锂晶体居离点高达1200℃，常用作高温传感器。2、声发射传感器的分类 1)窄频带声发射传感器 ，一般携带60KHz~400KHz的宽带，这基本覆盖了大多数声发射应用的频率范围，属于通用型传感器。2）超低频声发射传感器 ，频率一般小于20KHz，主要用于阀门管道泄漏检测。

3）内置前放声发射传感器 ，可内置40dB28v，26dB5v，36dB12v 放大器，广泛应用于工程、压力容器、局放检测、监测等领域。4）微型声发射传感器 ，可以工作在空间狭小及出现在有特殊要求的环境下检测。

5）防水声发射传感器 ，防护等级达到IP68，能够长期在水下工作。6）本安防爆声发射传感器 ，适用于由本质安全型”i“保护的设备。

7）高温声发射传感器 ，工作温度范围-20～600℃。耐高温设计金属管长1-1.2米，电缆长2米，外壳及接触面均为不锈钢材质，可以在超高温环境下安装检测。

3、声发射传感器的标准

声发射传感器的校准分为绝对灵敏度校准和相对灵敏度校准。

绝对灵敏度校准，是声发射定性定量分析、二级标准传感器选择所不可缺少的环节，有表面波脉冲法和互易法两种。绝对灵敏度（M），一般用在一定频率下，传感器的输出电压（V）与表面垂直位移速度（m/s）之比来表示，其单位为：V/（m•s-1）。

（1）表面波脉冲法 在半无限体钢制试块表面上，以铅笔芯或玻璃细管的断裂作为阶跃力点源，如测得标准电容位移传感器和待效传感器对表面波脉冲的响应，则即可按定义算出绝对灵敏度。该校准方法已纳入ASTM标准[6]，在100kHz～1MHz频率内，校准的不确定度可达±5%（90%置信度）。

（2）互易法 根据传感器的机电变换的可逆性原理，在半无限体试块表面上，只要比较一组同类传感器之间的电气特性，即可测出绝对灵敏度。此法不需直接测量表面的法向位移，因而操作较简便，但是，每次校准需提供三个同类待校传感器。该方法已纳入日本无损检测协会标准，在50kHz～1MHz频率内，可提供表面波和纵波灵敏度。

（3）在批量检测中，需要一种简便而经济的相对校准方法，以比较传感器灵敏度的变化。此类方法只提供传感器对模拟源的相对幅度或频率响应。

（4）常用的对接法，一般由小型试块、以扫频仪为激励源的超声传感器（谐振频率大于2.5MHz）及电压表构成，可用来比较传感器的频率响应。

（5）作为一简便的方法，可由小型试块、电脉冲发生器、声发射仪等构成。用声发射仪记录传感器对模拟信号的响应幅度，也可与已知灵敏度的标准传感器作比较。

（6）就声发射定位而言，实际运用中大量遇到的是结构稳定的金属结构，如压力容器等，这类材料的各向异性较小，声波衰减系数也小，频带范围大多是25KHz～750KHz，因此选用谐振式传感器比较合适。金属材料和其他应用场合常使用中心频率150KHz的谐振式窄带传感器来测量工程材料的声发射信号。

窄带谐振式传感器 灵敏度较高并有很高的信噪比，价格便宜，规格多，如在知道声源传播基本特性、想获取某一频带范围的声发射信号来进行处理或想提高系统灵敏度，选择合适型号的谐振式传感器比较好，如声源定位。应当指出所谓谐振式窄带传感器并不是只对某频率信号敏感，而是对某频带敏感，其他频带信号灵敏度较低。

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