声发射传感器原理.使用.型号分类.校准大全

声发射概述

声发射传感器基础 常用型号介绍

声发射传感器使用 其他问题

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，将声发射波引起的被检件表面振动转换为电压信号，送入信号处理器，完成信号处理过程。

声发射传感器作为接收信号的敏感元件，在声发射系统中起到一个至关重要的桥梁作用。

传感器的谐振频率、本体噪音、温度稳定性、多传感器一致性等都会对信号的采集有着影响。

●谐振式声发射传感器一般由壳体、耦合面、压电元件、连接导线及接线端子组成；宽带型加入阻尼材料抑制部分谐振；内置放大型加入一个前置放大器；差动型有两压电元件组成；●压电元件通常采用锆钛酸铅陶瓷晶片，起到声电转换作用；耦合面起到绝缘和保护压电陶瓷的作用；金属外壳对电磁干扰起屏蔽作用；

谐振式传感器

差动型传感器前置放大传感器

宽带型传感器

传感器的选择应根据使用场景和被检测声发射信号来确定。首先是了解检测声发射的频率范围和幅度范围，然后选择对有效声发射信号灵敏的传感器。

常用频率推荐：金属检测100-300kHz，推荐型号AE144S/PXR15

岩石/混凝土检测30-60kHz，推荐型号AE503S/PXR04复合材料检测300kHz以上，推荐型号AE304S/PXR30 局放检测，推荐型号AE503D差动型声发射传感器

谐振频率：传感器对该点的频率最灵敏。默认单位为kHz。

10dB带宽：从响应最高处下降10dB时

对应的频率带宽，如图PXR03的10dB为20-110kHz。也有根据灵敏度直接表示的，如图50dB带宽就是10kHz-140kHz；

10dB带宽

灵敏度：传感器对外部信号机械能(或电能)

转变为电能(或机械能)的能力，用振动粒子对单位速度的输出电压表示，0dB=1V/m/s 。灵敏度越高，对信号的响应越灵敏；

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声发射传感器基础 常用型号介绍

声发射传感器使用 其他问题

富士的声发射传感器研发生产开始于1975年，由于传感器所需的压电陶瓷材料是富士自己研发生产的，因此其声发射传感器性能非常优异，除了向客户直接销售声发射传感器之外，还给譬如诸多声发射仪厂家提供OEM贴牌生产。

长沙鹏翔电子PXR全系列声发射传感器均采用进口的PZT敏感元件，高灵敏度和高稳定性，价格实惠；开发出顶部接头、带磁环、内置放大和空气耦合等实用类型，也可根据客户的需求进行定制。

顶部接头传感器

带磁环传感器一般规格传感器

差分型传感器也叫差动型传感器，该类型传感器由两个压电陶瓷组成，两个压电陶瓷极性相反，通过差分型放大器的信号调理之后，能够有效地抑制共模信号，降低电气噪音干扰。该类型传感器在电气噪音较大的场景中使用较为广泛。差分传感器后接差分放大器输入，放大器输出为单端信号，直接接示波器或采集卡就可。

左边为差分输入接口，右边为单端接口

AE144A响应曲线

富士的声发射传感器研发生产开始于1975年，由于传感器所需的压电陶瓷材料是富士自己研发生产的，因此其声发射传感器性能非常优异，且设计生产能力强。为了解决有些使用过程对传感器尺寸的要求，特研发该系列直径为8mm的传感器以及超小型的传感器。

为了解决有些使用过程对传感器尺寸的要求，特研发该系列直径为6、5、3mm且高度为6mm及以下的传感器。其中包括谐振式传感器和宽带型传感器；单端型传感器和差分型传感器。

为了测量到更加接近真实声发射信号来研究声源特性，就

需得使用宽带传感器来获取更广频率范围的信号。宽带传感器的主要优点是在响应频段内对各频率信号响应幅度一致，可以得到最接近原始信号的波形，但其缺点是灵敏度比谐振式的要低。适合做波形分析用，也可做标准传感器使用。

信号的传输过程容易受到外部环境的干扰，如果需要长距离的传输或外部噪音比较大时，可采用内置前放的传感器。富士内置前放放大器主要是为了组成高灵敏度的R-CAST传感器系统用，也可单独使用，供电电压为15V；鹏翔自产内置前放声发射传感器，供电电压为28V；

M204A传感器

R-CAST声发射传感器系统是日本富士和东京大学联合开发的针对微小声发射信号的检测装置，比常规的传感器高出55dB的灵敏度。

※1 对于空气耦合传感器均在30cm距离下测试灵敏度，0dB=10V/Pa

※2 谐振式声发射传感器的谐振频率并不一定与峰值完全吻合，往往有所偏离。

采用日本富士的压电陶瓷，温度稳定性、一致性和可靠性都要优于同类产品；

窄带响应，指向性强；

灵敏度高达-63dB；

高温型声发射传感器AE204DH，采用高温型压电陶瓷，经测试可正常工作温度为200℃。主要在高温锅炉检测等方面使用；低温型传感器AE154DL经测试可正常工作温度为-196℃。

AE204DH频率响应曲线AE154DL频率响应曲线

◆采用不锈钢外壳◆外壳与信号之间绝缘◆φ4.0聚氨酯低噪声电缆◆防水构造(符合JIS C0920 IPX7)

校准用传感器日本富士是日本唯一一家提供一次校准的声发射厂家，其生产的校准用传感器REF-VL和

REF10M，可提供数据矩阵。在二次校准时用作标准传感器使用。

REF-VL频率响应曲线REF10M频率响应曲线

AE503D声发射传感器共振频率：50±20%kHz灵敏度：78±3

使用温度范围：-20~+80℃外形尺寸：φ20*28(H)绝缘电阻：100MΩ以上

输出形式：压电型、差分输出

构造：侧面接口，安装面绝缘(氧化铝)外壳材质：SUS303

AE503D声发射传感器，采用差动式结构设计，能有效地抑制共模信号，降低电磁干扰；安装面采用绝缘材料；

专用双芯低噪音信号电缆；

谐振频率处高达78dB的灵敏度；

谐振频率50kHz，10dB带宽30-110kHz，适用于漏电检测用；

AE2000AR共振频率：约声发射传感器频率范围：25kHz电压灵敏度：3-8000Hz

使用温度范围：200±10%mV/m/s2外形尺寸：绝缘电阻：10000MΩ

22*54.5(H)-20~+60内置前置放大器驱动电源：电压用输出形式：压电・差分输出

3mA额定电流驱动

15~24V、构造：内置前置放大器，电缆从顶部接出，防水结构（耐水压上），外壳接地3个大气压以外壳材质：不锈钢

HS-10A-10M2

振动

灵敏度：2mV/m/s2检测频率：~20KHz

声发射

灵敏度：63dB

频率范围：200~600kHz内置放大器

◆多分量式传感器 切变波传感器◆电容传感器 锥形传感器◆低频拟制传感器

其实，凡是能将物体表面振动声波转变成电量的传感器都可作为声发射传感器，因此那些在超声检测领域中的各种类型传感器都有可能作为声发射传感器，例如光学原理测物体表面微小位移的传感器、电磁原理测物体表面微小位移的传感器等。但由于声发射信号相对而言更弱小，大多数非压电原理的传感器的灵敏度都不够高，只能用于少数特殊情况。目前声发射传感器的发展趋势就是针对不同的应用背景开发不同的传感器。如下图：

针对管道设计的长条形传感器，能有效增加接触面，提高传感器灵敏度并接受更多的信号。

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声发射传感器使用 其他问题

耦合剂涂抹传感器底部后，对于带铁磁性基座以磁吸附方式进行安装固定。非磁性基座使用螺钉

固定、波导管固定胶水固定或捆绑式固定。

✓填充接触面之间的微小空隙；

✓通过耦合剂的过渡作用，使传感器与检测面之间的声阻抗差减小，从而减少能量在此界面的反射损失；✓起到润滑的作用，减少接触面间的摩擦；✓耦合剂适量为宜；

常用磁吸附夹具适用于直带压力检径3mm，测夹具，5.5mm的定位时，超小型传保证每传感器夹具

感器耦合相近。

取10mm厚度A3材质300mm x 300mm钢板一块，取两个校准专用传感器REF-VL与一个被试传感器在钢板上三点等距5cm安装，信号发生器接其中一个校准传感器REF-VL，另一个校准传感器REF-VL接示波器第一通道，被试传感器接示波器第二通道，信号发生器设置为被试传感器的谐振频率的正弦波，调节信号发生器的输出电压为10V，记录示波器所测量的两个传感器的电压值，两个电压的差值应该在12~18dB(0dB=1uV)之间，否则为不合格。

取两个相同的待测传感器，面对面固定在同轴夹具上，距离调节在20cm；其中一个传感器接信号发生器(

陪试传感器)，另一个接示波器(被试传感器)，设置信号发生器为5V正弦波，频率从10KHz缓慢变化到800KHz，观察示波器上的被试传感器的接收电压，多次循环变化，记录其电压最大时对应的信号频率，该频率就是传感器谐振频率，此频率对应的电压值与标称的谐振频率时的电压值的差值不大于3dB(0dB=1uV)为合格，否则为不合格。

使用直径为0.5mm的HB或2B铅芯与构件表面成

30°夹角，铅芯的伸长量为2.5mm左右，铅芯在

距离传感器轴心30mm内折断，散点的幅值应在

95dB左右。

铅芯常常需要折断3~4次。一根铅芯开始的和最

后的几次折断不应作为标准。

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其他问题

压电材料直接粘在接触面灵敏度高信号没有方向性等检测更微弱的信号

检测频率高

输出为电压信号通过质量块作用压电材料灵敏度低信号方向性等检测更强的信号检测频率低输出为电荷信号

Q1

：哪些性能决定声发射传感器的好坏？

A：在整个声发射系统中，声发射传感器虽然只占了很少的一部分，但也是很重要的一个组成部分，决定声发射传感器好坏的主要包括灵敏度、一致性、可靠性、稳定性等方面。对于特殊的传感器，如宽带传感器、高温传感器、绝缘传感器等又有附加的评判标准。

Q2

：传感器一致性是什么概念？怎么测量？A：传感器一致性指同一型号的多个传感器传感器对同一信号源的响应幅度、响应时间的一致性。在定位测量或多点同时测量的时候尤为重要，很多定位不准的原因就是传感器的一致性不佳。

一致性测试和测量灵敏度可以用同一套方案，只需将参考传感器也换陈待测传感器。另外如无校准用传感器REF-VL，可用断铅代替，只需保证断铅点到两待测传感器距离一致。

Q3：传感器稳定性是什么概念？怎么测试？

A：传感器稳定性主要指的是温度稳定性。即同一传感器在不同温度环境下响应幅度、响应时间的差别是否可接受。

将两只传感器表面抹上耦合剂，安装在钢板上，同时接到示波器的两个通道，然后将第三只传感器安装在钢板上离两只传感器等距离的位置，并接到信号发生器上作为信号发射源，再用电吹风对着两只传感器均匀的加热至80度，同时观察示波器上波形是否发生变化。波形不发生明显变化则说明传感器的温度稳定性好。

Q4：宽带型声发射传感器的判别？

A：宽带型声发射传感器主要用在实验的初期，在不确定信号的主要频率段的时候，可以先用宽带型传感器确定，之后再选择相应的谐振传感器。所以，宽带型传感器很重要的一点就是在响应要平缓。

宽带传感器主要特点是响应频带宽、响应平滑。目前市面上的很大宽带传感

器其实是伪宽带传感器，该类传感器虽然响应宽，但是响应并不平滑。

其他宽带传感器真宽带传感器

Q5：声发射传感器的输出类型和信号强弱？

A：声发射传感器的输出是电压信号，后面接电压放大器或者直接接示波器等装置；声发射传感器接收的信号基本是微弱信号，诸如裂纹扩展等，所以传感器输出的信号也是比较微弱的，基本处于毫伏级别。当然具体的大小要视具体现场情况而定。

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其他问题

声发射(AE)：是指材料或结构受外力或内力作用产生变形

或断裂，以应力波形式释放出应变能的现象。

报纸撕裂发出声音铅笔断裂发出声音

》》能量转换过程中，部分能量以弹性波形式释放、扩散。

岩芯压裂

复合材料拉伸断裂变压器漏电监测

储罐腐蚀/安全评估

管道阀门泄漏监测磨削加工/刀具监测

◆可实时监测塑性变形或微观破坏的进展；

◆

对于运转中的设备进行诊断，不需要停机检查；◆由于对构件的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。

◆由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；

◆多通道设备可对缺陷快速定位；

需要用到声发射仪检测的原因：

在声发射检测中产生的应力波能量过于微弱；频率段超过人耳能识别的范围；

除判断有无之外，需要得到其他信息的；

实时显示关联图和存储波形流等数据