基于在系統(tǒng)可編程模擬電路的聲發(fā)射前置電路設(shè)計(jì)

1聲發(fā)射檢測系統(tǒng)

　　聲發(fā)射技術(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波，判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷程度的一種有效的動態(tài)無損檢測技術(shù)。

　　從對車輛懸掛系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)無損檢測的要求出發(fā)，為了節(jié)約成本，我們自行研制了一套聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　聲發(fā)射傳感器輸出的信號為電荷信號，一般低至微伏數(shù)量級，這樣微弱的信號，若經(jīng)過長距離傳輸，信噪比必然降低。因此靠近傳感器部分要設(shè)置前置電路，將信號提高30～60dB。聲發(fā)射傳感器的輸出阻抗較高，要求前置放大器具有阻抗匹配的功能，具備抗電沖擊的保護(hù)能力和阻塞現(xiàn)象的恢復(fù)能力，并須具有比較大的輸出動態(tài)范圍。

　　在聲發(fā)射檢測工作中，為了避免噪聲的影響，必須有帶通濾波器單元，用以選擇合適的“頻率窗口”。濾波器的工作頻率根據(jù)環(huán)境噪聲及材料本身聲發(fā)射信號的頻率特性來確定。若系統(tǒng)的工作頻率為f，需要確定頻率窗口的寬度，即相對帶寬Δf/f。若Δf/f太寬，易于引入外界噪聲，失去了濾波作用；若Δf/f太窄，檢測到的聲發(fā)射信號太少，降低了檢測靈敏度。因此一般采用Δf=±(0.1～0.2)f。此外，在確定濾波器的工作頻率時，應(yīng)注意濾波器的通頻帶要與換能器的諧振頻率相匹配。

　　本文中選用的聲發(fā)射傳感器工作頻率為120kHz，因此，設(shè)計(jì)一個工作頻率為120kHz±10kHz，增益為35dB的有源帶通濾波器即可滿足使用要求。

　　2基于ispPAC可編程器件的前置電路設(shè)計(jì)

　　可編程模擬電路的開發(fā)軟件PAC Designer中含有一個宏，專門用于濾波器的設(shè)計(jì)，只要輸入f0、Q等參數(shù)，即可自動產(chǎn)生雙二階濾波器電路，設(shè)置增益和相應(yīng)的電容值。開發(fā)軟件中還有一個模擬器，用于模擬濾波器的幅頻和相頻特性。圖2為在ispPAC的開發(fā)軟件PAC Designer圖形設(shè)計(jì)輸入環(huán)境下，設(shè)計(jì)的有源帶通濾波器電路。圖3、圖4為幅頻和相頻特性仿真結(jié)果。