声发射传感器主要用于接收裂纹扩展开裂的声音,泄漏介质摩擦泄漏破口处的声音,转动机械的磨损声音,接收各种表述了设备的损伤状态和故障情况的声音。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。铌酸锂晶体居里点高达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。