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声发射传感器的发展

 

声发射传感器的发展


在声发射技术的应用中,传感器是获取信息的关键部件之一。就AE传感器的发展分三个专题即《压电换能器》《非接触传感器和光检测器》及《传感器的标准》作了概述。
  1、压电换能器——获取声发射信息的最大困难来自噪声的干扰,因此,提高传感器的灵敏度和选择合适的频率窗口是研制传感器和改善其性能的一个重点。目前主要仍然是采用压电陶瓷换能器,大多数共振频率在100KHz~1MHz。除压电陶瓷外,还有新的压电材料如:用亚乙烯氟(Vinylidenefluoride)和三氟乙烯(Trifluroethylene)的聚合物作敏感元件的换能器。其优点是低成本、宽动态范围、缺点是工作温度不能超过70℃,灵敏度比压电陶瓷差。压电传感器中获得标志性进展的是NBS(美国国家标准局,现为NIST)提出的锥形宽带换能器,没有陶瓷压电换能器共振物性的干扰,能接近达到传递函数为常数的要求。锥形压电换能器提出后,北京航空航天大学在保护膜、背衬、接地及增加内藏前置放大器等方面做了改进。
  2、非接触传感器和光检测器——压电式传感器的优点是:价廉、容易使用、灵敏度高,缺点是(1)绝对校准比较困难;(2)对不同的声波模式(例如纵波和表面波)响应不同;(3)频响很难避免传感器或电路的共振影响;(4)检测时,传感器耦合在试件表面会引起传递声波的畸变;(5)耦合剂的使用增加检测的未知因素;(6)传感器尺寸相对较大,只能得到接触面区域的平均测量效果。因此,要研究开发非接触式的宽带传感器电容式传感器和激光干涉原理的光检测器。非接触式传感器的灵敏度偏低,使用不方便,必须在简化结构,增强实用性方面作改进。
  3、传感器的校准——传感器的校准量进行AE的定量研究,不同数据互换和从AE信号中获取源信息的基础。电容式传感器和光探测器绝对校准相对简单。
  校准AE传感器最简单的方法是把它和灵敏度已知的“标准”传感器在模拟源作用下,进行输出比对得出。AE传感器较准研究中最突出的进展是互易校准和表面脉冲校准。互易校准是一种传统的绝对校准方法,是绕开不易测准的声学参数(表面位移速度等),只测量传感器的电学特性就可获得发送响应和接收灵敏度。从而保证测量的准确性。表面脉冲校准的理论基础,是阶段跃力作用在半无限媒质表面产生的法向位移可由理论算出,改进后的电容式传感器对模拟源(玻璃毛细管破裂)的响应则从实验上证明电容式传感器作为标准位移传感器和玻璃毛细管破裂作为阶跃源的可靠性,传感器较准是在经过严格平直抛光处理的钢试块上进行的,在模拟源的对称两侧放上标准电容式传感器(灵敏度已知)和待测传感器,比较两者的输出即可获得待测传感器的灵敏度曲线。

欲知详细内容,请查阅:中国第九届声发射学术研讨会论文集(2001年8月)第12~20页

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