- 美国物理声学公司声发射传感器选型目录及优惠政策
美国物理声学公司原装声发射传感器,交货期25-35天,一般为28天内交货。
自2010年7月1日起,北京鹏翔科技有限公司向国内客户提供双重优惠政策:
1)单次购买优惠:单次购买数量(传感器和放大器均可)满5只即可优惠2%,单次满10只优惠4%,以此类推,单次最多优惠16%(即单次订购40只或更多数量,均为16%)。
2)累计购买优惠:在一年(指12个月)内,累计购买满10只传感器的客户可在单次购买优惠的基础上总价再下浮1%,累计购买满20只的用户在单次优惠基础之上再下浮2%,如此类推,在一年内累计购买传感器数量达100只的用户,可在单次购买优惠16%的基础之上,总价再优惠10%,跨年(譬如第一次购买在2010年7月5日,最后一次购买在2011年7月5日,之间均可纳入累计数量。但在2011年7月6日及之后的购买不再纳入前面的累计数量,而是开始新的累计)不累计。
注:以上优惠仅限于开具普通发票的用户,需开具17%增值税发票用户的优惠额度另议。
美国物理声学公司(PAC)原装声发射传感器(部分型号)详细资料
型号 基本参数
A3 30KHZ RES., ACCEL.,MICRODOT, SINGLE-ENDED
AGM-WC-0 EMBEDDED COOLANT FITTING SENSOR WITH 4 FEET CABLE WITH 0 DEGREE WATER PATH
AGM-WC-90 EMBEDDED COOLANT FITTING SENSOR WITH 4 FEET CABLE WITH 90 DEGREE WATER PATH
AM2 20 KHz airborne sensor
AM4 40 KHz airborne sensor
AM2I 20 KHz integral preamplifier 40 dB gain airborne sensor
AM4I 40 KHz integral preamplifier 40 dB gain airborne sensor
CH6I 60 kHz Resonance freq., 40 dB integrated preamp
CH15I 150 kHz Resonance freq., 40 dB integrated preamplifier with AST
CH30I 300 kHz Resonance freq., 40 dB integrated preamp
D9202B SENSOR, 650KHZ, DIFF, W/INT CABLE
D9203B SENSOR, 175KHZ, DIFF, W/INT CABL
D9203C SENSOR, 175KHZ, DIFF, W/INT CABLE
D9203-IS SENSOR, 175KHZ, DIFF, I.S.
D9204 SENSOR, W/B, DIFF, W/INT CABLE
D9215 High temperature (1000 F) differential sensor with 2 feet hard line cable and 23 feet soft line cable (See S9215-HLC and S9215-SLC in the “Cable” sheet for different lengthes of the hardline and soft line cable)
D9215A-LPME D9215A-LPME Radiation resistant and high temperature sensor with one meter hardline cable and one meter Tefzel cable.
D9215-EPA-Nuclear HIGH TEMP.1000F DIFF W/2′HD&23′SFT, EPA Nuclear Special
D9235 HIGH SENS.,260C DIFF. DE W/INT.CABL
D9240 UNIDIRECTIONAL SENSOR W/DIFF SIDE C
D9241A SENSOR, DIFF, 30KHZ W/CABLE
D9241-IS SENSOR-LOW FREQ. INTR.SAFE/FLUID LE
DT15I INTEGRAL SENSOR, 150KHZ (HF) 40DB
DT6I SENSOR, AST, 60KHZ, S-E, W-PREAMP
DT-9202B SENSOR, 450 KHZ (HF)
HD15 SENSOR, UMINI W/MOLEX CONN
HD15SS ULTRA MINI SENSOR 150KHZ STAINLESS
HD2-WD 2MHZ HIGH FREQ. WIDEBAND SENSOR
HD30SS SENSOR, MINI, SE, W/INTEGRAL TOP CA
HD50 SENSOR,UMINI, S-E, W/INTTOP 7″ WHT
HD50SS MINI STAINLESS STEEL SE W/INTRG CA
HF-15I SENSOR, 150KHZ INTEGRAL,HIGH FREQUE
ISR-0.45 Intrinsically safe 7.5 KHz sensor with 2 meter cable
ISR-1.5 Intrinsically safe 15 KHz sensor with 2 meter cable
ISR-3 Intrinsically safe 30 KHz sensor with 2 meter cable
ISR-6 Intrinsically safe 60 KHz sensor with 2 meter cable
ISR-15 Intrinsically safe 150 KHz sensor with 2 meter cable
ISR-30 Intrinsically safe 300 KHz sensor with 2 meter cable
ISR-50 Intrinsically safe 500 KHz sensor with 2 meter cable
IS-WD Intrinsically safe wideband sensor with 2 meter cable
IS-9203B Single ended Intrinsically safe high frequency sensor with 1 meter cable to be used with Valve Squeak
ISD-9203B Intrinsically safe high frequency sensor with 2 meter cable
ISPK3I Intrinsicall safe Low Power Sensor, 30 kHz with Integral Preamplifier, AST and SMA Connector to be connected to 1281 connected through 1234-4001-xxx cable where xxx is the cable length up to 100 meters.
ISPK6I Intrinsicall safe Low Power Sensor, 60 kHz with Integral Preamplifier, AST and SMA Connector to be connected to 1281 connected through 1234-4001-xxx cable where xxx is the cable length up to 100 meters.
ISPK15I Intrinsicall safe Low Power Sensor, 150 kHz with Integral Preamplifier, AST and SMA Connector to be connected to 1281 connected through 1234-4001-xxx cable where xxx is the cable length up to 100 meters.
ISPK30I Intrinsicall safe Low Power Sensor, 300 kHz with Integral Preamplifier, AST and SMA Connector to be connected to 1281 connected through 1234-4001-xxx cable where xxx is the cable length up to 100 meters.
ISPKWI Intrinsicall safe Low Power Sensor, wideband (100 – 1000 kHz) with Integral Preamplifier, AST and SMA Connector to be connected to 1281 connected through 1234-4001-xxx cable where xxx is the cable length up to 100 meters.
ISPK3I-UC Underwater 30 KHz intrinsicall safe low power integral preamplifier sensor with AST and BNC Connector to be connected to 1281 through Underwater cable. Specify cable length in meters.
ISPK6I-UC Underwater 60 KHz intrinsicall safe low power integral preamplifier sensor with AST and BNC Connector to be connected to 1281 through underwater cable. Specify cable length in meters.
ISPK15I-UC Underwater 150 KHz intrinsicall safe low power integral preamplifier sensor with AST and BNC Connector to be connected to 1281 through underwater cable. Specify cable length in meters.
ISPK30I-UC Underwater 300 KHz intrinsicall safe low power integral preamplifier sensor with AST and BNC Connector to be connected to 1281 through underwater cable. Specify cable length in meters.
ISPKWI-UC Underwater wideband intrinsicall safe low power integral preamplifier sensor with AST and BNC Connector to be connected to 1281 through underwater cable. Specify cable length in meters.
LNI-150 150 KHz low noise integral preamplifier differential sensor
MICRO 30/C 300KHZ RES., MINIATURE SE W/1232-1
MICRO-100 SENSOR, MINI, S-E, 1MHZ
MICRO100D SENSOR,MINIATURE,DIFF.1000KHZ W/1M
MICRO-100D SENSOR, MINI, DIFF W/INT CABLE
MICRO100DS SENSOR,1000KHZ W/14″FLEXI CABLE LEA
MICRO100S SENSOR,MINIATURE,SE,1000KHZ W/1M CA
MICRO-200-HF SENSOR,MINI 2.5MHZ BNC W/12″ CABLE
MICRO-30 300KHZ RES.,MINIATURE, SE
MICRO-30D 300KHZ RES.,MINIATURE DIFF. W/1M CA
MICRO-30S 300KHZ RES.,W/1M INTEGRAL SE CABLE
MICRO-50 SENSOR, MINI, S-E, 500KHZ
MICRO-50D SENSOR, MINI, DIFF, 500KHZ, W/CAB
MICRO-50S SENSOR, MINI, S-E, 500KHZ, W/CAB
MICRO-80 SENSOR, MINI,SE, 800KHZ
MICRO80/C MINI SENSOR, SE 800KHZ W/1232-1 CAB
MICRO-80D 800KHZ RES., MINIATURE DIFF. W/1M C
MICRO80DS SENSOR,MINI,800KHZ,DIFF.W/1M FLEXI
MICRO-80S SENSOR, MINI, SE, W/INT CABLE
MINI-30S 300KHZ, INTEGRAL CABLE,GLUEABLE SEN
NANO-30 300KHZ RES.INDUST.MINI SENSOR W/1M
PICO ULTRA-MINI WB SENSOR W/1M FLEXI CAB
PICO-HF1.2 HIGH FREQ.PICO SENSOR W/1.2MHZ
PICO-HF1.5 SENSOR, UMINI, S-E, W/INT CABLE
PK3I Low Power Sensor, 30 kHz with Integral Preamp and SMA Connector for Pocket AE & Sensor
- 声发射传感器的原理和分类
声发射传感器是声发射检测系统的重要部分,是影响系统整体性能重要因素。声发射传感器设计不合理,或许使得接受到的信号和希望接受到的声发射信号有较大差别,直接影响采集到的数据真实度和数据处理结果。在声发射检测中,大多使用的也是谐振式声发射传感器和宽带响应的声发射传感器。声发射传感器的主要类型有:高灵敏度声发射传感器,是应用最多的一种谐振式声发射传感器;宽频带声发射传感器,通常由多个不同厚度的压电元件组成,或采用凹球面形与楔形压电元件达到展宽频带的目的;高温声发射传感器,通常由铌酸锂或钛酸铅陶瓷制成;差动声发射传感器,是由两只正负极差接的压电元件组成的,输出相应的差动信号,信号因迭加而增大;此外,还有微型声发射传感器、磁吸附声发射传感器、低频抑制声发射传感器和电容式声发射传感器等。
就声发射源定位而言,实际运用中大量遇到的是结构稳定的金属材料(如压力容器等),这类材料的声向各向异性较小,声波衰减系数也很小,频带范围大多是25KHz~750KHz,因此选用谐振式声发射传感器比较适合。
谐振式声发射传感器参数技术的基础归结于两个基本假设:
(1) 声发射是阻尼正弦波;
(2) 声波是以某一固定的速度传播的。
根据这一假设,对声发射信号参数,如上升时间、峰值幅度、持续时间等测量、记录所得到得声发射特征是合理的。传播特性上,谐振声发射传感器参数技术的假设意味着传播信号除了单纯衰减以外,它的声波形状是不变的。它是以不变的波形和不变的声速获取声发射信号的参数。
事实上,大部分在工程应用的构件是厚度为2~30mm的板材,在板材中,包括使用广泛的实验室试件,传输的声波都不是一个单一的传播模式,而是在每一种模式中包括以不同波速传播的多种频率在内的多种波形模式,其中在某一特定情况下,某种传播模式占优。
宽带响应的声发射传感器
在失去了与源有关的力学机理的情况下,用谐振式声发射传感器来测量声发射信号有其它的局限性。为了测量到更加接近真实声发射信号来研究声源特性,就需得使用宽带声发射传感器来获取更广频率范围的信号。宽带响应的声发射传感器的主要优点是采集到的声发射信号丰富,全面,当然其中也包含着噪声信号。声发射传感器是宽带、高保真位移或速度声发射传感器以便捕捉到真实的波形。
谐振响应的声发射传感器
金属材料和其它应用场合常使用通称频率150KHz的谐振式窄带声发射传感器(典型型号PXR15)来测量工程材料的声发射信号,采用计数、幅度、上升数据、持续数据、能量这些传统的声发射参数。窄带谐振式声发射传感器灵敏度较高并且有很高的信噪比,价格便宜,规格多,如在知晓声源传播基本特性、想获取某一频带范围的AE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声发射传感器比较好,如声源定位。应当指出所谓谐振式窄带声发射传感器并不是只对某频率信号敏感,而是对某频率带信号敏感,其它频率带信号灵敏度较低。
特殊声发射传感器
凡是能将物体表面振动声波转变成电量的声发射传感器都可作为声发射传感器,因此那些在超声检测领域中的各种类型声发射传感器都有可能作为声发射传感器,例如光学原理测物体表面微小位移的声发射传感器、电磁原理测物体表面微小位移的声发射传感器等。但由于声发射信号相对而言更弱小,大多数非压电原理的声发射传感器灵敏度不够只能用于特殊情况。
另一类采用压电原理的特殊声发射传感器为转变指定声波振动方向的振动量,如平行测试物体表面的振动量和垂直测试物体表面的振动量等。由于这类声发射传感器的实际效果有待验证,目前仅见用于研究和特殊情况。
声发射传感器的选择
声发射传感器的选择应根据被测声发射信号来确定。首先是了解被测声发射信号的频率范围和幅度范围,包括有可能存在的噪音信号。可以是经验了解,如钢材中焊接缺陷产生的声发射源实验结果认为信号频率范围在25-750KHZ内等,但有条件最好实际测试确定。然后选择相对感兴趣的声发射信号灵敏、对噪音信号不灵敏的声发射传感器进行检测。
声发射传感器结构
声发射传感器一般由壳体、保护膜、压电元件、阻尼块、连接导线及高频插座组成。压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸钡和铌酸锂等。根据不同的检测目的和环境采用不同结构和性能的声发射传感器。其中,谐振式高灵敏度声发射传感器是声发射检测中使用最多的一种。单端谐振式声发射传感器的结构简单,如下图所示。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。声发射传感器压电元件
声发射传感器是利用某些物质(如半导体、陶瓷、压电晶体、强磁性体和超导体等)的物理特性随着外界待测量作用而发生变化的原理制成的。它利用了诸多的效应(包括物理效应、化学效应和生物效应)和物理现象,如利用材料的压阻、湿敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等效应,把应变、湿度、温度、位移、磁场、煤气等被测量变换成电量。而新原理、新效应的发现和利用,新型物性材料的开发和应用,使物性型声发射传感器得到很大的发展。因此了解声发射传感器所基于的各种效应,对其理解、开发和应用都是非常必要的。在声发射检测过程中,通常使用的是压电效应。
具有明显压电效应的材料称为压电材料,常用的有石英晶体、铌酸锂LiNbO3、镓酸锂LiGaO3、锗酸铋Bi12GeO20等单晶和经极化处理后的多晶体如钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系列压电陶瓷PZT。新型压电材料有高分子压电薄膜(如聚偏二氟乙烯PVDF)和压电半导体(如ZnO、CdS)。
国内的压电陶瓷材料价格便宜,因而在低端声发射传感器中应用较多,但在一致性和温度稳定性方面有些欠缺。一般高端的声发射传感器均选用日本和美国生产的压电陶瓷元件。如国内的PXR系列声发射传感器均全部选用了日本富士陶瓷的敏感元件,其一致性、可靠性、稳定性比普通的传感器要好很多。
- PXAE智能化全天候岩体声发射监测仪的安装及使用
PXAE智能化全天候岩体声发射监测仪的使用分为监测孔的选址和钻孔、传感器的安装、传感器与主机的连接、数据存储及分析等。
1、 监测孔的选择
相邻两个监测孔的间距小于40m;如不要求全面监控,间距可适当加大,或在重要部位布设监测孔。2、 监测孔的要求
应尽可能使监测孔与声发射源接近,如采场顶板、矿体上盘、矿柱、断层附近、山体裂缝区域等。对一般岩体工程,根据不同的地质地形条件,钻孔深度一般为1.5m~2.5米;3、 绘制监测网布设图,标注上监测孔位置、钻孔深度、孔径、角度。
4、监测孔施工
4.1按监测网布设图施工。钻孔直径不小于35mm。
4.2钻孔完成后应吹洗干净。
4.3钻孔完成后应做好标记。
4.4钻孔发生变更时应做好记录并及时更改监测网布设图。5、 传感器的安装
安装方式一:将传感器小心放入监测孔中,然后用混凝土进行浇铸待其凝固后即可;
安装方式二:或将传感器小心放入监测孔中,再用石英砂填充监测孔并稍稍夯实。
建议采用第一种方式进行安装,以便获得较高的监测灵敏度。第二种方式的好处在于传感器可以取出来再次安装在别的监测孔进行使用,但监测灵敏度稍低。两种方式用户可根据实际情况来自行选择。
传感器为防水的金属结构,但传感器内部敏感元件为陶瓷易碎材料,请小心使用切勿碰撞。6、 传感器与主机的连接
传感器和主机通过低噪声电缆用防水航插连接,一般电缆长度为15~30米,请在订货时确认长度规格。
将插头对准仪器箱后面的插座,插入后旋紧外面的金属护套即可。
提示:插入前请注意插头缺口朝上才能顺利插入,并检查一下插座上的防水垫圈是否完好。7、 主机的放置
主机箱为防水箱,有较高的强度并能承受50米深的水压,请将主机放置于稳定可靠的位置,并采取必要的防盗措施。8、 监测制度
仪器安装完毕之后,按→键打开仪器的信号采集模块,仪器即开始全天候的监测。用户只需定期用U盘取回数据即可。
取回数据的周期一般为每周取一次,但对重要地段,建议周期缩短为每天取回一次。
实际上主要通过观察信号的变化趋势来确定取回数据的周期,当信号基本无变化时也可每半个月甚至每个月读取一次数据。9、分析方法
将取回来的数据拷贝到到电脑上,用PXAES for PXAE软件绘制信号变化趋势图,然后根据岩体声发射监测数据的变化趋势,判断岩体稳定性状况。监测数据明显趋于上升时应作出预报。10、仪器维护
仪器使用前,请检查屏幕右上角的电量指示,如发现电量指示格空白或很少说明仪器电池电量不够,必须进行充电。充电时间一般为12~16小时,充电时充电器指示灯应为红色,充满后自停同时指示灯变为绿色。
传感器必须轻拿轻放,严禁剧烈碰撞。
- 声发射传感器常见问答FAQ
Q1001:PXR系列声发射传感器型号代表了什么意义?
A:PXR系列声发射传感器由字母PXR+两位数字组成,前面的字母PXR代表的是Peng Xiang Resonance sensor的缩写,后面两位数字代表的是谐振频率(10kHz单位),譬如PXR15就是谐振频率为150kHz的传感器,PXR03就是谐振频率为30kHz的传感器。Q1002:PXR系列声发射传感器相比于其他国产传感器有什么优势?
A:PXR系列声发射传感器与其他国产传感器最大的区别在于PXR全系列传感器均采用了日本富士陶瓷株式会社的压电陶瓷敏感元件,在灵敏度、一致性、可靠性、稳定性等方面比其他国产传感器要好很多。在整个声发射系统中,声发射传感器虽然只占了很少的一部分,但也是很重要的一个组成部分。传感器的一致性不好将直接影响到声发射系统的定位精度。Q1003:PXR声发射传感器的这些优势特性怎样通过简单的测试体现出来?
A:对于传感器的灵敏度一致性和温度稳定性,用户完全可以自己进行比较测试。除了被测的多只传感器之外,只需要:1台信号发生器、1台数字示波器、1块钢板、1支活动铅笔和少量HB的铅笔芯、1支超声耦合剂和1个电吹风。
一致性测试:将两只传感器表面抹上耦合剂,安装在钢板上,同时接到示波器的两个通道,然后在离两个传感器等距离的地方进行断铅标定,再观察示波器的波形显示是否一致。波形一致则说明传感器的一致性好。为了便于观察,推荐使用泰克公司带USB接口的数字存储示波器。
温度稳定性测试:将两只传感器表面抹上耦合剂,安装在钢板上,同时接到示波器的两个通道,然后将第三只传感器安装在钢板上离两只传感器等距离的位置,并接到信号发生器上作为信号发射源,再用电吹风对着两只传感器均匀的加热至80度,同时观察示波器上波形是否发生变化。波形不发生变化则说明传感器的温度稳定性好。Q1004:PXR声发射传感器和其他厂家的前置放大器或声发射仪是否兼容?
A:市面上大多数声发射仪的传感器和前置放大器都是相互兼容的,PXR声发射传感器也兼容美国和德国的声发射仪。事实上,PXR声发射传感器已经多次使用在美国进口的声发射仪中,譬如台州锅检所的32通道声发射仪,就使用了32只PXR15型传感器和PXPAII型前置放大器。这也足以证明了PXR传感器的优秀品质和良好的兼容性。Q1005:PXR声发射传感器是如何校准的,可否提供校准曲线?
A:PXR声发射传感器是依据ASTM E976-00和ASTM E1781-98 标准来进行校准的,公司拥有一套美国原装的声发射传感器校准系统(国内仅有两套,另外一套在北京理工大学),每只传感器我们都可提供校准曲线。
- 声发射的种类及如何来选择声发射仪
声发射仪的种类
声发射仪的分类方法有多种,一般可按通道数、仪器电路特点、信号采集分析的技术、数据传输总线类型、通用还是专用这五种方法来区分。
一、按照采集信号通道数的多少来分,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。
二、按照仪器电路特点来分,可以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(一般称为数字化声发射仪)。
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、FPGA、DSP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。
需要强调的是,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!
目前除了少数专用的声发射仪(如日本产的AE-1型刀具破损声发射监测仪)以外,绝大部分都是数字化的声发射仪。
三、按照信号采集分析的技术来分,可以分为参数式声发射仪、参数-波形复合型声发射仪和全波形声发射仪。
这三种仪器都是数字化声发射仪,
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。
在90年代,开始出现以参数为主,波形为辅的参数-波形复合型声发射仪,声发射波形提供了以往参数仪器无法提供的更丰富的信息。但是由于技术所限,无法获得全部的波形,或者由于总线带宽的限制在传输过程中丢失了部分波形,因此获得的部分波形只能作为一个参考。
进入21世纪后,计算机的运算速度快速提高,在以往看来的数据运算能力已经不是计算机的瓶颈,因此全波形声发射开始长足的发展。特点是可以获得全频段全部的声发射波形,同时为了兼顾传统的经典参数的信号分析方法,从波形中实时提取出声发射特征参数。
数字化全波形声发射仪的构成,有三个要素,分别是采样率、信号频率带宽和数据传输通过率。我们平时提及的声发射信号的频率一般在1kHz~2MHz之间,因此根据Shannon采样定理,声发射信号采集卡每通道的采样频率至少要达到4M,且采集卡的信号频率范围应涵盖1kHz~2MHz区间,同时由于在多通道系统中大量的声发射信号数据都需要通过计算机总线进行传输,一般为了避免波形的丢失大多采用计算机内部通讯的PCI总线。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。像USB2.0之类外部接口总线受带宽限制(即便USB2.0接口传输速率也只有480Mbps,即60MB/s(1Byte= 8bit))和时钟延迟等因素的局限,往往只能用在通道数较少的全波形仪器或者多通道的参数-部分波形的仪器系统中。当然,USB3.0的出现将会打破这一僵局。但就目前来看,USB3.0技术的普及还需要几年的时间。
在这当中,也有参数提取参数的全波形系统,特点是由硬件提取特征参数,在通道数大于32通道时比软件生成参数的仪器在参数生成速度上稍有优势。
四、按照仪器数据传输总线类型来分,一般分为ISA、USB、PCI这三种总线的声发射仪。
ISA总线已经被淘汰,目前主流的是PCI总线,数据传递的最大理论速度为132MB/S,比USB2.0的60MB/s要高出一倍还多。因此在多通道数字化全波形声发射仪中只能看到PCI总线的仪器,或者少数通道的USB2.0系统,但往往通道数都在8通道以下。通道数超过8时,USB声发射仪将不可避免的丢失大量声发射波形,而只能传输声发射特征参数。
而且从下图中可以很明显的看到USB总线与PCI总线相比传输带宽和响应延迟的原因所在。
PCI 总线速度: 1064 兆位/秒 (133 兆字节/秒)
USB 总线速度: 480 兆位/秒 (60 兆字节/秒)
PCI总线声发射系统可不占用CPU时间,而使用直接数据存储(DMA)技术与RAM将数据直接存入硬盘.
USB总线声发射系统不能使用DMA技术存数据. 数据存储必须占用CPU时间, 有较长的数据路径, 需要通过CPU及多个元器件才能将数据存入硬盘.
下图中的蓝色箭头表示数据流动方向.但USB作为一个外部接口总线标准,有一个最大的优点就是使用方便支持热插拔。USB无疑是一种追求移动便携性的被迫的方案,并不是一种追求外置高品质方案。对于声发射系统在便携上的努力,我们可以将PCI声发射卡插入到PCI扩展坞然后驳接到笔记本电脑组成笔记本式的声发射仪。
五、按照仪器的通用性来分,可以分为通用的声发射系统和专用的声发射系统。
通用的声发射仪有很宽的频率范围,可以通过匹配不同的传感器来检测不同的材料和结构,实现不同的研究方向。而专用的仪器一般针对某一特定的专门用途来设计,具有针对性强、体积小、价格经济、实用性强等特点。譬如PXAE系列岩体声发射仪专门针对岩体结构失稳的声发射现象进行监测和预警,使用的实际效果明显,但只能适用于各类矿山、水利水电、地下仓库稳定性监测等领域,来实现矿山、顶板、矿柱及边坡、岩体、库岸、安全稳定性监测等。而不能用在金属结构的安全评定。
- 声发射前置放大器的相关问答
Q1101、PXPA系列声发射前置放大器有哪些型号?有什么区别?
A、PXPA系列声发射前置放大器有PXPAI、PXPAII、PXPAIII、PXPAIV四种型号,增益都是40dB,体积和重量也基本接近,主要区别在于内部的滤波器带宽不一样。其中PXPAIV前置放大器采用了电源输入和信号输出分离的设计,方便客户脱离声发射仪器来单独使用。Q1102、PXPA系列声发射前置放大器采用什么接口?
A、PXPAIV声发射前置放大器的输入端采用的是标准BNC Q9接口,输出端为双芯BNC接口(双芯分别为电源输入和信号输出)。PXPA系列中其他型号前置放大器的输入输出均为标准BNC Q9同轴接口。Q1103、PXPA系列和PXPB系列声发射前置放大器有什么区别?
A、PXPB系列声发射前置放大器是在PXPA系列基础上改进而来的新产品,体积缩小了一倍,且噪声更低。Q1104、声发射前置放大器如何使用,需要供电吗?
A、声发射前置放大器需要外部提供低噪声的24~28V直流电源,而大部分声发射采集分析系统都能对前端提供28V激励电源,因此声发射传感器和前置放大器一般可以直接使用在现有声发射检测系统中。连接示意图如下:Q1105、我没有声发射仪器,该如何使用声发射传感器和前置放大器来用示波器观察声发射信号呢?
A、我们的PXPAIV前置放大器正是为这样的应用而设计的,采用了电源输入和信号输出分离的方式,你只需要接入传感器和24~28V直流电源,而无需声发射仪器,将输出端接上示波器即可观察声发射信号。Q1106、我已经购买了PXPAII型声发射前置放大器,怎样才能单独使用呢?
A、由于PXPAII型声发射前置放大器是电源输入和信号输出共线的,也就是说放大后的声发射信号加载在直流电源之上,您需要做一个一阶高通滤波器,电路原理如下图所示:其中50欧姆的电阻做阻抗匹配,Fc为低端截止频率,电阻和电容的具体取值可参照图中的公式来计算。
Q1107、上述电路中,对直流电源有何要求?
A、建议使用低噪声的恒流源,基本要求为: 电源电压为28V,最高不得超过32V,最低不得低于22V,电源噪声最好控制在3mV以内。不要使用开关电源,以免电源纹波对声发射信号产生干扰。Q1108、PXPA系列前置放大器的滤波可以自行调节上下限频率吗?
A、PXPA系列前置放大器在内部设计了无源滤波器,滤波频段已经在出厂时固化,用户无法自行修改。如需对信号进行再次滤波,您可使用PXASC单通道声发射信号调理装置。Q1109、PXPA系列前置放大器可以吸附在压力容器表面吗?
A、可以的,请在订货时予以说明,我们会为您加装磁吸附装置。Q1110、PXPA前置放大器可以和富士的声发射传感器一起使用吗?
A、可以的,PXPA系列前置放大器兼容美国德国等国际知名品牌的声发射仪和传感器。但需要注意,如果传感器在内部集成了放大器,那么则不能再驳接前置放大器使用。Q1111、由于空间所限,我需要体积非常小的前置放大器,可以推荐么?
A、您可以采用日本富士的A2102型前置放大器,该放大器外观上来看是一根低噪声的信号线,实际上在信号线内部已经集成了前置放大器。最大程度避免了声发射信号在传输中的损耗衰减。Q1112、在陶瓷等非金属材料的检测中,我需要极低噪声的放大器,应该选用哪种型号?
A、您可以用日本富士的R-CAST声发射传感器系统,该系统是富士陶瓷株式会社和东京大学先端科学技术研究所共同研发的针对微小破坏声发射信号的检测装置。系统利用了场效应管组成的专用放大器对声发射传感器输出的信号进行放大,比常规的传感器检测方式高出大约55dB的灵敏度。象陶瓷、混凝土、岩石、复合材料之类的非金属的脆性材料用常规的针对金属材料的检测方法很难检测出破坏产生的声发射信号,但是R-CAST连几个微米的裂纹都能检测出来。
R-CAST系统中可以使用专门的M204A和M304A声发射传感器,也可以将没有内置放大器的传感器接上A2102内置放大器的信号线来接入到A1002型R-CAST放大器中来使用。
- 如何验证声发射仪的技术指标的常见问答
当下电视购物中的不良风气逐渐渗入无损检测仪器制造行业,作为用户在购买仪器时不但要注意技术指标的高低,还要在验收时进行指标的验证和核实,确认技术指标是否属实。
Q:作为用户在声发射仪器验收时主要需要验证哪些指标?
A:声发射仪的主要硬件指标有:每通道的AD采样率、AD采样精度、最低门槛噪声dB值、系统数据通过率、通道隔离度、特征参数的准确性和可重复性、功耗发热量等等。软件指标主要是功能上的完整性、程序上的标准性和稳定性。Q:如何验证声发射仪的AD采样率和采样精度?
A:简单的方法可从采集卡(或采集器)的PCB板上看到AD芯片的型号,如果是Analog Devices (ADI 公司)的芯片则可以上http://www.analog.com/zh/analog-to-digital-converters/ad-converters/products/index.html进行查询。一般正规的厂家都不会打磨掉AD转换芯片的型号的,除非是虚标指标。Q:我手头的声发射采集卡(或采集器)的AD模数转换芯片已经被打磨掉了,那么如何验证采样精度指标?
A:当AD模数转换芯片的型号被打磨掉时,很可能厂家宣称的指标是虚高的。但绝大多数的声发射软件提供了开放的数据格式,有的还直接提供了AD值,至少也提供了波形的电压值。
你可以输入一个满量程的正弦波,如果满量程范围是+ – 10伏或20000毫伏,那么对于16位A / D(65536步进),每一个步进都是0.305 mV或1mV的正弦波的变化,它有3.2768个步进。然而,对于18位分辨率(262144步进),每一步都是0.0729 mV或1mV的变化,它有13.107个步进。所以,如果你从10伏的电压降低到9.99伏,你会看到原来的A / D数据更改为32步进(16位)或者130个数据步进(18位)。
以下是美国ADI公司对于芯片打磨后如何区分16位和18位精度的官方技术答复的原文:
There is no easy way to check the A/D bit. But if you can get directly digitized signal before multiplying the scale, you should be able to see the number of A/D steps in the same voltage change. Actually, you can check the A/D resolution from a full range sine waveform input by setting the acquisition rate to be the highest, and the sine waveform frequency to be the lowest. So, the resolution can be identified from the numerical data around the sine waveform peak before the scaling. For example, if the full scale range is +- 10 Volts or 20000 mV. For 16 bit A/D (65536 steps), each step is 0.305 mV or for 1 mV change in the sine wave input, it has 3.2768 steps. However, for 18 bit resolution (262144 steps), each step is 0.0729 mV or 1 mV change is 13.107 steps. So, if you reduce the voltage from 10 V to 9.99 V, you’ll see the original A/D data change 32 for 16 bit and about 130 for 18 bit data (note for 18 bit resolution, the waveform is still saved in 2 bytes or 16 bits).Q:对于AD模数转换芯片已经被打磨掉了的仪器,有无简单方法验证采样精度指标?
A:如果能得到采样的波形数据,可以用我们开发的PXAES软件的一个插件(plus_ad-resolution)来判断AD的真实采样精度,前提是您需要获得txt或ASII格式的波形数据。Q:我购买的仪器的宣称AD精度指标是16位,但用上述方法测得的AD值的步进是4096,那么是否证明这个打磨掉型号的AD芯片是12位的,可能是什么型号芯片?
A:是的,4096步进的话可以确认是12位精度的AD芯片。具体型号还需要根据芯片厂家和采样速度来确定,目前AD公司较常用的12位模数转换器芯片有AD9220系列,该系列包括:AD9221、AD9223和AD9220 ,这三款芯片均采用相同的接口选项、封装和引脚排列。因此,该产品系列可根据性能、采样速率和功耗,向上或向下选择器件型号。这些器件的额定采样速率和功耗各不相同,体现在各自基于频率的动态性能上。
灵活的采样速率:1.5 MSPS、3.0 MSPS和10 MSPS
低功耗:59 mW、100 mW和250 mW
+5 V单电源
积分非线性误差:0.5 LSB
微分非线性误差:0.3 LSB
信噪比(SNR):70 dB;
无杂散动态范围(SFDR):86 dB
超量程指示 28引脚SOIC和28引脚SSOP封装
附:AD9220芯片的资料,请自行参考比对。Q:对于声发射特征参数的准确度我们该如何衡量?
A:我们可以提供声发射仪器的标定,采用的是电子模拟声发射源,可以针对采集卡(或采集器)进行如下项目的校验:
1、不同频率时的幅度校验。
2、不同频率时的上升时间与持续时间校验。
3、不同频率时的能量校验。
4、系统不同通道间的抗相互干扰能力校验。
5、系统定位准确度校验。
6、系统在开路与闭路(连接传感器与前放)时的最小门槛校验。
7、系统长期运行稳定性校验Q:对于软件系统的功能应如何考核验收?
A:软件系统验收起来比较麻烦,但至少软件系统应具有标准的windows程序安装步骤,具有良好的兼容性和稳定性,有详细的帮助文档。而且所有标配的功能不应借助第三方数学工具软件来实现。
- 富士陶瓷株式会社加速度传感器概述
加速度传感器是富士陶瓷株式会社的主要产品之一,富士陶瓷在日本国内占有超过60%的加速度传感器市场份额,这其中包括了近一半的OEM市场。
1、什么是加速度传感器
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。
2、加速度传感器一般用在哪里
通过测量由于重力引起的加速度,你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度,你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候,你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是,现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。
加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山?还是在走下坡,摔倒了没有?或者对于飞行类的机器人来说,对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是,你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。
加速度传感器可以测量牵引力产生的加速度。
目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器,能够动态的监测出笔记本在使用中的振动,并根据这些振动数据,系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行,这样可以最大程度的保护由于振动,比如颠簸的工作环境,或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害,最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里,也有加速度传感器,用来检测拍摄时候的手部的振动,并根据这些振动,自动调节相机的聚焦。
概括起来,加速度传感器可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,结构物、环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。加速度传感器还可适用于地震监测,低频应用,测试仪器,机械控制等。
3、加速度传感器是如何工作的
线加速度计的原理是惯性原理,也就是力的平衡,A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。怎么测量F?用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到 F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。
多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。
所谓的压电效应就是 “对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外,还将改变晶体的极化状态,在晶体内部建立电场,这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 “。
一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。当然,还有很多其它方法来制作加速度传感器,比如压阻技术,电容效应,热气泡效应,光效应,但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形,通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。
压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快,加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点,这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器2000年的市场规模约为4.2亿美元,根据有关调查,预计其市值将按年平均4.1%速度增长,至2007年达到5.6亿美元。这其中,欧洲市场的速度最快,因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。
压电技术主要在工业上用来防止机器故障,使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护,及避免对工人产生意外伤害,这种传感器具有用户,尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域,很多用户尚无使用这类传感器的意识,销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多,因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。如果这些问题能够得到解决,将会促进压电传感器得到更快的发展。2002年压电传感器市值为3亿美元,预计其年增长率将达到4.9%,到2007年达到4.2亿美元。
电容传感器有望有一个强劲的增长,2004年后增长将会更快,估计从1997年到2007年综合年增长率为5.9%,其中最高可达33.2%,其市值2000年为0.75亿美元,到2007年将达到1.1亿美元。来自欧洲和北美洲的汽车业和工业用户是这些产品的主要购买者。2000年的市场上北美占40.4%,欧洲占48.9%。汽车行业使用电容式传感器主要用于安全系统、轮胎磨损监测、惯性刹车灯、前灯水准测量、安全带伸缩、自动门锁和安全气囊。对于设计人员来说,电容式传感器是非常有吸引力的,因为它无需接触待测物,所以不必挤进狭窄的空间中。
4、在选购加速度传感器的时候,需要考虑什么
•模拟输出 vs 数字输出:
这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的,比如2.5V对应0g的加速度,2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制(PWM)信号。
如果你使用的微控制器只有数字输入,比如BASIC Stamp,那你就只能选择数字输出的加速度传感器了,但是问题是你必须占用额外的一个时钟单元用来处理PWM信号,同时对处理器也是一个不小的负担。
如果你使用的微控制器有模拟输入口,比如PIC/AVR/OOPIC,你可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器,所需要的就是在程序里加入一句类似”acceleration=read_adc()”的指令,而且处理此指令的速度只要几微秒。
•测量轴数量:
对于多数项目来说,两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了。对于某些特殊的应用,比如UAV,ROV控制,三轴的加速度传感器可能会适合一点。
•最大测量值:
如果你只要测量机器人相对于地面的倾角,那一个±1.5g加速度传感器就足够了。但是如果你需要测量机器人的动态性能,±2g也应该足够了。要是你的机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现,那你需要一个±5g的传感器。
•灵敏度
一般来说,越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感,输出电压的变化也越大,这样就比较容易测量,从而获得更精确的测量值。
•带宽
这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟,传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用,50HZ的带宽应该足够了,但是对于需要进行动态性能,比如振动,你会需要一个具有上百HZ带宽的传感器。
•电阻/缓存机制
对于有些微控制器来说,要进行A/D转化,其连接的传感器阻值必须小于10kΩ。比如加速度传感器的阻值为32kΩ,在PIC和AVR控制板上无法正常工作,所以建议在购买传感器前,仔细阅读控制器手册,确保传感器能够正常工作。
- 日本富士压电陶瓷元件定制的常见问答
Q:日本富士陶瓷可以提供压电陶瓷元件的非标定制吗?
A:当然可以,日本富士陶瓷从公司成立的1975年直到现在,一直都提供压电陶瓷元件的非标定制。Q:非标定制有无数量上的限制?
A:没有最小数量的限制,您如果只需要一片,富士陶瓷也可为您定制。但是数量越多价格越低,因为1片和1000片的生产工艺流程是一模一样的。Q:可否告诉我压电陶瓷片的大概价格?
A:很抱歉,对于非标产品我们无法给出估价。您需要提交详细的产品需求信息,然后富士会在一周内给您核算出价格,核算和生产以及测试均在日本本土进行。Q:我拿到了日方核算出来的价格单,但是比国产的贵很多。
A:是的,当您的数量较少时,价格会比国产的陶瓷片贵很多,但是当数量较大时,价格基本与国产接近。而且您还需要做质量上的比较,而不要只是关注价格。Q:富士可以定制PZT-5材料的压电陶瓷片么?
A:很抱歉,PZT-5是国内的压电陶瓷材料编号,而富士有以下三十多种材料,我们不知道PZT-5对应的富士材料编号是哪种。您可以参阅《压电陶瓷材料特性一览表》来按照富士的材料编号来选择。
C-13 C-2 C-21 C-22 C-23 C-3 C-4
C-201 C-202 C-203 C-203P C-204 C-205 C-213
C-5 C-6 C-6H C-62 C-63 C-64 C-601
C-7 C-8 C-82 C-83H C-9 C-91 C-91H C-92 C-92HQ:非标定制需要提供哪些信息,需要给出哪些参数?
A:根据富士的要求,您需要提供公司名称和网址,同时需要提供如下参数:
1、形状尺寸,当对尺寸精度有严格要求时,请告知公差,形状复杂的最好能提供图纸说明;
2、频率,有时厚度会决定频率;
3、材料代号,请参阅《压电陶瓷材料特性一览表》;
(如果您对该表中的数据无法理解时,请告诉我们您的详细的用途和用法,我们将为您选择合适的材料)
4、两个电极是分别在两个面还是在同一面,即是Both side还是Feed back;
5、数量,包括测试需要的数量和预期将来的批量,批量在很大程度上决定了产品的价格。
6、其他您特别重视并加以标注的参数。
以上信息务必准确,不要使用“大小高低粗细轻重”等之类模糊不清的词汇,以便减少反复确认的时间。Q:压电陶瓷片非标定制的交货期是多少?
A:富士陶瓷实行的是零库存按单生产制度,交货期如无特别说明一般是6~8周。Q:你们公司可否有类似我的需求的样片?可否免费提供几片?
A:富士陶瓷实行的是零库存按单生产制度,我们一般不留存样片。而且富士如果为您定制了A型的压电陶瓷片,之后将不再为其他厂家主动提供A型的样片,除非其他厂家能提供出和A型一模一样的参数要求。这样极大的保护了您的设计思想和知识产权。样片需要付费购买。Q:富士陶瓷在中国可否有过成功的压电陶瓷定制的例子?
A:有的,目前富士陶瓷在中国已经为长春一汽、摩托罗拉、西门子、欧姆龙等大型企业批量提供过压电陶瓷的定制。Q:我曾经在其他厂家定制过压电陶瓷,但每一批次的产品参数都有较大的差别,请问富士的陶瓷片各个批次的产品是否有类似的现象?
A:富士陶瓷可以确保每一批次的产品没有差别或者差别控制在约定的范围内。这就是产品质量一致性的区别,所以定制时不要仅仅比较价格,还要看到产品一致性和稳定性以及可靠性。据用户反馈,富士的陶瓷片在一致性、温度稳定性、可靠性上都有明显的优势。
- 美国magma公司扩展坞产品的典型客户