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聲發(fā)射儀技術(shù)指標(biāo)淺談

作者: 時(shí)間:2013-11-27 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

淺談

摘要:本文介紹了的種類、的含義及對(duì)性能的影響,提出了比較選擇的一般思路和技術(shù)考慮,對(duì)于正確分析聲發(fā)射儀的性能有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞:聲發(fā)射 ADC 波形分析 參數(shù)分析
1 引言
  聲發(fā)射檢測(cè)作為一種逐漸成熟的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用,而進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和研究就需要聲發(fā)射儀。聲發(fā)射儀具有較高的技術(shù)含量,非專業(yè)儀器公司自己開(kāi)發(fā)存在諸多困難,一般做聲發(fā)射檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和研究工作都選擇直接采購(gòu)商品化的聲發(fā)射儀器。
  在市場(chǎng)上的聲發(fā)射儀器有多種,每個(gè)廠家都給出了很多、參數(shù)。由于這些參數(shù)比較專業(yè),給參與決策選擇的技術(shù)人員造成了一定的困難,常常有無(wú)從下手之感。筆者多年從事聲發(fā)射檢測(cè)和儀器開(kāi)發(fā)研究,將自己對(duì)各個(gè)指標(biāo)、參數(shù)(不考慮價(jià)格因素)的理解整理成文,希望拋磚引玉,不當(dāng)之處請(qǐng)不吝賜教。
2 聲發(fā)射儀的種類
2.1聲發(fā)射儀的分類方法有多種,按照采集信號(hào)通道數(shù)的多少可以分為單通道和多通道。
  單通道聲發(fā)射儀只有1個(gè)通道,主要用于對(duì)單點(diǎn)或者小區(qū)域的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等,一般無(wú)法完成對(duì)信號(hào)源位置的定位。2通道或更多通道的聲發(fā)射儀稱為多通道聲發(fā)射儀。前者可以完成對(duì)較大區(qū)域的檢測(cè)、監(jiān)測(cè),可完成在線狀區(qū)域內(nèi)聲發(fā)射信號(hào)源的定位;3通道聲發(fā)射儀器除可完成上述功能外,還可以完成三角區(qū)域和線狀區(qū)域內(nèi)聲發(fā)射信號(hào)源的定位;超過(guò)3個(gè)則可以完成更大區(qū)域內(nèi)信號(hào)源的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及對(duì)上述區(qū)域內(nèi)的聲發(fā)射信號(hào)源的多種算法的定位。儀器制造廠一般都配有依據(jù)上述定位算法的分析、顯示軟件,對(duì)球形、柱形等特定外形的設(shè)備,有的制造廠開(kāi)發(fā)了更為直觀的定位分析軟件。
  選擇購(gòu)買單通道還是多通道,或具體多少個(gè)通道,需要根據(jù)特定的需求進(jìn)行選擇??紤]的因素有:待測(cè)設(shè)備的材質(zhì)(影響頻率、聲速和衰減)、待測(cè)設(shè)備的最大幾何尺寸、幾何形狀、需要的定位類型等。幾何尺寸大、材質(zhì)衰減大、形狀特殊的檢測(cè)應(yīng)用需要的通道數(shù)就多,反之就少。一般在鋼材中,聲發(fā)射信號(hào)可以接收的傳播距離在5m內(nèi)為宜,超過(guò)此長(zhǎng)度應(yīng)考慮增加通道數(shù)。而狹長(zhǎng)的設(shè)備,例如長(zhǎng)管拖車則需要考慮定位類型,一般采用線定位時(shí)就可以減少所需要的通道數(shù)。
  另外,在采購(gòu)時(shí)可考慮比需要的通道數(shù)多1~2個(gè)通道,作為備用通道用。
2.2按照聲發(fā)射信號(hào)所采用的技術(shù),可分為以模擬電路為主的模擬式聲發(fā)射儀和以數(shù)字電路為主的數(shù)字電路式聲發(fā)射儀。
  模擬式聲發(fā)射儀投用歷史較長(zhǎng),技術(shù)相對(duì)成熟、儀器相對(duì)穩(wěn)定和可靠、操作軟件簡(jiǎn)單、便于學(xué)習(xí)等優(yōu)點(diǎn)。但這類儀器存在著溫度漂移大、易受干擾、功耗大、重量大、體積大等缺點(diǎn)。數(shù)字儀器一般采用CPLD、FPGA、DSP等技術(shù),由于模擬電路較少所以其整體體積較小、重量輕、功耗低、溫漂影響小。但是,由于在數(shù)字聲發(fā)射儀的處理軟件上疊加了許多功能,功能強(qiáng)大;但學(xué)習(xí)相對(duì)困難,對(duì)于工程檢測(cè)反而麻煩了不少。另外,這類設(shè)備投用歷史相對(duì)較短,對(duì)其可靠性、穩(wěn)定性等要多加注意,由于采用了許多新技術(shù),處理不好反而易出問(wèn)題。
  需要說(shuō)明的是,沒(méi)有真正意義上的全數(shù)字聲發(fā)射儀。因?yàn)樽匀唤绲男盘?hào)都是連續(xù)的(宏觀而言),所以,即使最為理想的情況是將傳感器來(lái)的信號(hào)直接予以模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC),也需要要模擬電路(ADC本身就應(yīng)歸為模擬電路);而一般在傳感器之后還要加前置放大器、信號(hào)調(diào)理電路等,所以根本不可能是全數(shù)字化儀器。而一般意義上的全數(shù)字聲發(fā)射儀指其除了ADC和信號(hào)調(diào)理電路外,不再有其它影響參數(shù)和波形的模擬電路而已!
2.3 按照信號(hào)的處理方式,可以將聲發(fā)射儀分為參數(shù)式聲發(fā)射儀、直接波形式聲發(fā)射儀和參數(shù)-波形式聲發(fā)射儀。
2.3.1 參數(shù)式聲發(fā)射儀是目前使用范圍最廣、應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)的聲發(fā)射儀,其分析方法也被大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可,分析方法比較成熟,操作簡(jiǎn)單,大多數(shù)多通道聲發(fā)射儀都是這類儀器。參數(shù)聲發(fā)射儀是指在信號(hào)處理通道的電路中,借助模擬或者數(shù)字電路將聲發(fā)射信號(hào)直接處理成一定意義的參數(shù)數(shù)據(jù),然后再送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、分析、處理和保存的儀器。這種儀器一般需要設(shè)置門檻(閾值)、HDT(撞擊定義時(shí)間),有的需要設(shè)置增益、PDT、HLT等。由于參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少,所以對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)流量小、對(duì)計(jì)算機(jī)的顯示、分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等能力的要求低,一般計(jì)算機(jī)均可滿足要求,無(wú)論P(yáng)CI總線、ISA總線等均可,同時(shí),參數(shù)式儀器丟失信號(hào)的幾率相對(duì)低。由于電路直接生成參數(shù)數(shù)據(jù),無(wú)法傳遞波形,所以喪失了更多的有效信息。但就一般檢測(cè)工程而言,參數(shù)采集可以滿足大多數(shù)應(yīng)用,而如果進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)分析和應(yīng)用研究則參數(shù)式儀器有一定的局限性。
2.3.2 直接波形式聲發(fā)射儀器是指將聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,然后將此波形數(shù)據(jù)直接傳遞到計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)再進(jìn)行參數(shù)提取、顯示、分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等工作。在滿足實(shí)時(shí)性的前提下無(wú)疑這是最為理想的儀器,因?yàn)檫@樣一般的采集卡即可滿足需要,價(jià)格將非常低廉。但是,在目前電子設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)下,少數(shù)通道的直接波形采集和分析是可以滿足實(shí)時(shí)性要求的;但是當(dāng)通道數(shù)多、ADC的轉(zhuǎn)換頻率高、分析功能復(fù)雜時(shí),實(shí)時(shí)性難以得到保證,勢(shì)必存在丟失部分信號(hào)的可能,所以在選擇時(shí)需要引起重視。為了達(dá)到高的數(shù)據(jù)傳輸速度、快的分析和計(jì)算時(shí)間,一般直接波形式聲發(fā)射儀需要很高的計(jì)算機(jī)配置。
  以目前大多數(shù)計(jì)算機(jī)支持的32位、33MPS的PCI總線為例,其數(shù)據(jù)傳遞的最大理論速度為132MB/S(字節(jié)/秒),實(shí)際受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)、采集軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)水平、系統(tǒng)其它軟件引入的延時(shí)等的影響,一般達(dá)到100MB/S已經(jīng)是實(shí)際可看到幾乎最高的采集速度了。而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集外還進(jìn)行參數(shù)數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、參數(shù)顯示、波形顯示等操作,再考慮系統(tǒng)多個(gè)采集卡之間切換的相互影響,整個(gè)系統(tǒng)的總體速度一般在60MB/S已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了。我們假定每個(gè)信號(hào)通道的采集速度為5MS/S(也記為MSPS--Mega-Sapmles Per Seconds,百萬(wàn)次采樣每秒),考慮ADC的位數(shù)為12位以上,則每個(gè)通道的數(shù)據(jù)流速度為10MB/S(假定不做實(shí)時(shí)壓縮處理)。顯然,整個(gè)系統(tǒng)只能保證5MS/S的采集速度下6個(gè)信號(hào)通道的實(shí)時(shí)采集。上述估計(jì)已經(jīng)假定在單位時(shí)間內(nèi)聲發(fā)射撞擊的數(shù)量不多,不至于使得計(jì)算機(jī)寫(xiě)硬盤的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而影響采集的速度。因此,對(duì)于通道數(shù)多、實(shí)時(shí)性要求很高、不需要波形數(shù)據(jù)的場(chǎng)合,似不宜選擇直接波形式的聲發(fā)射儀。
2.3.3 參數(shù)-波形式聲發(fā)射儀綜合了參數(shù)式和直接波形式聲發(fā)射儀各自的特點(diǎn),在保證參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的同時(shí),在系統(tǒng)允許的情況下傳遞一定數(shù)量的波形。這種儀器首先在每個(gè)信號(hào)通道的處理電路中,一般通過(guò)設(shè)置門檻,直接生成部分或者全部參數(shù)數(shù)據(jù),同時(shí),保留部分或者全部波形數(shù)據(jù),一般是過(guò)門檻后一定長(zhǎng)度的波形數(shù)據(jù)。由于其照顧了參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求且波形只取一定長(zhǎng)度,所以,筆者這是在實(shí)時(shí)性和全波形之間的較好的折衷,一般認(rèn)為,只要設(shè)計(jì)得當(dāng),此類儀器可滿足大多數(shù)的應(yīng)用需求。其缺點(diǎn)是由于兼顧波形和參數(shù)數(shù)據(jù),電路稍微復(fù)雜些,成本也會(huì)增加一些;由于照顧了參數(shù)數(shù)據(jù),波形數(shù)據(jù)在單位時(shí)間內(nèi)聲發(fā)射撞擊數(shù)多時(shí),仍然存在丟失部分的波形數(shù)據(jù)的問(wèn)題;由于保存部分過(guò)門檻波形,可能會(huì)喪失部分有意義的細(xì)


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