声发射传感器工作原理_声发射传感器选型

声发射传感器工作原理

先说一下压电陶瓷，压电陶瓷在受力产生变形时，其表面出现电荷，这种现象称为压电效应。

常用声发射传感器的工作原理，就是基于晶体元件的压电效应。应力波的传播实质是质点运动（横波、纵波、表面波等）。质点的运动传递到传感器的接触面的时候，带动压电陶瓷上的质子运动，从而对压电陶瓷产生压缩和拉伸的效果。进而转换为电压信号，送入信号处理器，完成应力波到电信号波的转变过程。

整体的图如下

声发射传感器主要有4种，分别是谐振式传感器、宽带传感器、差动（差分）型传感器和内置前放传感器。

差分型声发射传感器，可以有效抑制共模信号的干扰，在电力行业检测局放的应用中比较合适。

内置前放声发射传感器，传感器输出信号较大，可以有效抑制干扰，提高信号传输距离，不需要另配前置放大器，简化声发射系统。缺点是传感器比较大、放大器和压电陶瓷坏了整个就坏了。

传感器输出是模拟电压信号，且（非内置前放传感器）一般情况下比较微弱。通常为mV级电别，使用时可以先用示波器测试一下信号的强弱，再决定要不要加放大器以及放大器的倍数。

声发射传感器选型

声发射传感器因应用不同有很多种类型。选择一个适合声发射应用的传感器对于测量成功和可靠是至关重要的。在大多数情况下，传感器选型的主要标准传感器的频率响应适合检测应用。在一些特殊应用环境（高温、油浸、水浸、电磁等环境）可能会造成对AE传感器的选择更苛刻的限定。

在此，将为各类声发射应用提供选择传感器的方法，并且还提供一个实用解决方案针对陌生的全新领域声发射应用。

1.环境条件

大部分AE传感器应用在常规的环境中，然而，在高温设备表面有些应用需要特殊的AE传感器，使用通用型传感器可能导致传感器损坏或者声发射信号变形。在高温环境下，选择工作温度在要求范围内的传感器。一些应用要求传感器安装在水、油浸没的环境，应选择防护等级与之相适用的传感器。在高电磁干扰的环境，选用常规AE传感器信号变形，需要选择抗电磁干扰性能强的传感器与之配套。环境条件因素，是选择传感器频率响应之前就要考虑到的。

2.频率范围以及选择

通常将声发射传感器频率范围分为超低频（5kHz~20kHz）、低频（20kHz~100kHz）、中频（100kHz~400kHz）、高频（》400kHz）四个类别。理由是随着单位距离衰减频率增加也随之，在很多应用当中400kHz以上频率对于测量是没有意义的。还有就是依据绝大多数的声发射应用，将传感器

用此方法进行快速度分类是非常有用的。

在非常宽广的频率范围有响应的AE传感器被称为宽带传感器。宽带AE传感器具有平坦响应曲线。它通常用于研究，对关注的未知频率分析、采集的信号进行频谱分析。

2.1内置放大器与外置放大器

AE传感器分为内置放大器和无内置放大器，带内置放大器的AE传感器也称为有源传感器，没有内置放大器被称为无源传感器。AE传感器如果内部集成前置放大器较之同类型普通传感器更高、更重。

有源AE传感器更适合于要求快速组装测量的领域。要求测量装置能快速被连接器连接起来使用，必须要减少连接头的数量。

3.声发射传感器具体分类

首先，根据以实用应用为前提，将传感器分为通用型、差分型、宽带型、低频型、高温型、防水型、内置放大器型、空气耦合型等。

3.1 通用型即普通型声发射传感器，常用的频率30kHz、60kHz、150kHz、300kHz、500kHz、800kHz的产品参数如下表格。

普通型传感器一般应用于常温、常压的环境，但要求具备一定的抗电磁干扰能力。同时，每个出厂产品都要求配备频率-响应曲线图，即灵敏度响应曲线。通过 灵敏度响应曲线可以了解到传感器的工作频率范围，以及在使用多个传感器时，传感器之间的一致性能是否合格。

3.2小型声发射传感器，相对通用型传感器尺寸更小，适合相对狭窄的安装空间。常用的频率如60kHZ、150kHZ、300kHZ、500kHZ。

3.3微型传感器，相对小型传感器更加小的外观尺寸，安装空间更加狭窄。一般谐振频率为300kHz。一般来说小型传感器因体积小，较之通用型灵敏度要小很多，请参考灵敏度曲线图，并且与通用型150kHz的传感器进行对比。

3.4超低频AE传感器一般谐振频率低于30kHz，它被应用于岩体监测，例如谐振频率20kHz、10kHz的产品居多。

3.5高温型声发射传感器，一般应用于高温机械设备进行声发射表面波的检测，要求在高温环境下性能稳定。

3.6差分型声发传感器，它最特殊的性能是能够有效的抵抗电磁干扰，与一般传感器所不同的是输出接口为差分型。

3.7防水绝缘型声发射传感器，应用在水、油浸没的环境中，传感器可以完全放置在水或油中，达到检测的目的。

3.8 中型声发射传感器，相对通用型传感器要小，更适合于狭小区域内安装使用。