聲發射感測器

聲發射感測器是聲發射檢測系統的重要部分，是影響系統整體性能重要因素。聲發射感測器設計不合理，或許使得接受到的信號和希望接受到的聲發射信號有較大差別，直接影響採集到的數據真實度和數據處理結果。在聲發射檢測中，大多使用的也是諧振式聲發射感測器和寬頻回響的聲發射感測器。

基本介紹

• 中文名：聲發射感測器
• 類型：電子設備
• 頻率：25KHz～10MHz
• 波形：阻尼正弦波

產品簡介

聲發射感測器（AE感測器）

聲發射感測器的主要類型有：高靈敏度聲發射感測器，是套用最多的一種諧振式聲發射感測器；寬頻帶聲發射感測器，通常由多個不同厚度的壓電元件組成，或採用凹球面形與楔形壓電元件達到展寬頻帶的目的；高溫聲發射感測器，通常由鈮酸鋰或鈦酸鉛陶瓷製成；差動聲發射感測器，是由兩隻正負極差接的壓電元件組成的，輸出相應的差動信號，信號因迭加而增大；此外，還有微型聲發射感測器、磁吸附聲發射感測器、低頻抑制聲發射感測器和電容式聲發射感測器等。

就聲發射源定位而言，實際運用中大量遇到的是結構穩定的金屬材料（如壓力容器等），這類材料的聲向各向異性較小，聲波衰減係數也很小，頻帶範圍大多是25KHz～10MHz，因此選用諧振式聲發射感測器比較適合。

參數技術

諧振式聲發射感測器參數技術的基礎歸結於兩個基本假設：

(1) 聲發射是阻尼正弦波；

(2) 聲波是以某一固定的速度傳播的。

根據這一假設，對聲發射信號參數，如上升時間、峰值幅度、持續時間等測量、記錄所得到得聲發射特徵是合理的。傳播特性上，諧振聲發射感測器參數技術的假設意味著傳播信號除了單純衰減以外，它的聲波形狀是不變的。它是以不變的波形和不變的聲速獲取聲發射信號的參數。

事實上，大部分在工程套用的構件是厚度為2～30mm的板材，在板材中，包括使用廣泛的實驗室試件，傳輸的聲波都不是一個單一的傳播模式，而是在每一種模式中包括以不同波速傳播的多種頻率在內的多種波形模式，其中在某一特定情況下，某種傳播模式占優。

產品分類

寬頻回響

在失去了與源有關的力學機理的情況下，用諧振式聲發射感測器來測量聲發射信號有其它的局限性。為了測量到更加接近真實聲發射信號來研究聲源特性，就需得使用寬頻聲發射感測器來獲取更廣頻率範圍的信號。寬頻回響的聲發射感測器的主要優點是採集到的聲發射信號豐富，全面，當然其中也包含著噪聲信號。聲發射感測器是寬頻、高保真位移或速度聲發射感測器以便捕捉到真實的波形。

諧振回響

金屬材料和其它套用場合常使用標稱頻率150KHz的諧振式窄帶聲發射感測器,來測量工程材料的聲發射信號，採用計數、幅度、上升數據、持續數據、能量這些傳統的聲發射參數。窄帶諧振式聲發射感測器靈敏度較高並且有很高的信噪比，價格便宜，規格多，如在知曉聲源傳播基本特性、想獲取某一頻帶範圍的AE信號來進行處理或想提高系統靈敏度，選擇合適型號的諧振式聲發射感測器比較好，如聲源定位。應當指出所謂諧振式窄帶聲發射感測器並不是只對某頻率信號敏感，而是對某頻率帶信號敏感，其它頻率帶信號靈敏度較低。

特殊聲

凡是能將物體表面振動聲波轉變成電量的聲發射感測器都可作為聲發射感測器，因此那些在超聲檢測領域中的各種類型聲發射感測器都有可能作為聲發射感測器，例如光學原理測物體表面微小位移的聲發射感測器、電磁原理測物體表面微小位移的聲發射感測器等。但由於聲發射信號相對而言更弱小，大多數非壓電原理的聲發射感測器靈敏度不夠只能用於特殊情況。

另一類採用壓電原理的特殊聲發射感測器為轉變指定聲波振動方向的振動量，如平行測試物體表面的振動量和垂直測試物體表面的振動量等。由於這類聲發射感測器的實際效果有待驗證，目前僅見用於研究和特殊情況。

選擇方法

聲發射感測器的選擇應根據被測聲發射信號來確定。首先是了解被測聲發射信號的頻率範圍和幅度範圍，包括有可能存在的噪音信號。可以是經驗了解，如鋼材中焊接缺陷產生的聲發射源實驗結果認為信號頻率範圍在25-750KHZ內等，但有條件最好實際測試確定。然後選擇相對感興趣的聲發射信號靈敏、對噪音信號不靈敏的聲發射感測器進行檢測。

產品結構

聲發射感測器一般由殼體、保護膜、壓電元件、阻尼塊、連線導線及高頻插座組成。壓電元件通常採用鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇和鈮酸鋰等。根據不同的檢測目的和環境採用不同結構和性能的聲發射感測器。其中，諧振式高靈敏度聲發射感測器是聲發射檢測中使用最多的一種。單端諧振式聲發射感測器的結構簡單，將壓電元件的負電極面用導電膠貼上在底座上；另一面焊出一根很細的引線與高頻插座的芯線連線，外殼接地。

產品壓電元件

聲發射感測器是利用某些物質（如半導體、陶瓷、壓電晶體、強磁性體和超導體等）的物理特性隨著外界待測量作用而發生變化的原理製成的。它利用了諸多的效應（包括物理效應、化學效應和生物效應）和物理現象，如利用材料的壓阻、濕敏、熱敏、光敏、磁敏和氣敏等效應，把應變、濕度、溫度、位移、磁場、煤氣等被測量變換成電量。而新原理、新效應的發現和利用，新型物性材料的開發和套用，使物性型聲發射感測器得到很大的發展。因此了解聲發射感測器所基於的各種效應，對其理解、開發和套用都是非常必要的。在聲發射檢測過程中，通常使用的是壓電效應。

國內的壓電陶瓷材料價格便宜，因而在低端聲發射感測器中套用較多，但在一致性和溫度穩定性方面稍有下降。而進口高端的聲發射感測器一般選用國外進口(日本、德國、美國、瑞士等)生產的壓電陶瓷元件。其一致性、可靠性、穩定性比普通的感測器要好很多,從而形成套用於不同環境的ZHAES聲發射感測器產品。

具有明顯壓電效應的材料稱為壓電材料，常用的有石英晶體、鈮酸鋰LiNbO3、鎵酸鋰LiGaO3、鍺酸鉍Bi12GeO20等單晶和經極化處理後的多晶體如鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷PZT。新型壓電材料有高分子壓電薄膜（如聚偏二氟乙烯PVDF）和壓電半導體（如ZnO、CdS）。