声发射声发射仪器选型参考性能概述

声发射声发射仪器选型参考性能概述声发射仪器的实质就是计算机控制的数据采集系统,通用数据采集系统的技术指标也适用声发射仪器,即数据采集单元与计算机的通讯方式、数据通过率、最大采样速率、采样精度等

最大采样率举例说明:ΔA=1-cos(2πt/T )→ΔA=1-cos(πf/s)ΔA为测量幅度误差;T=1/f(T被测信号的周期,f为被测信号频率);t=T/2n(t为波形峰值偏离实际信号峰值的最大偏离时间),n=s/f(s为最大采样率),那么t=1/2s以声发射检测的上限频率400KHz为例,按上述(1)计算得到不同采样速度对应的信号幅度测量误差.上图第一个周期为10倍频率即4M采样率下重构波形(蓝色),右侧周期为2M采样率下的重构波形(红色),可以很明显看出理论最大误差的区别

400KHz正弦信号对应各种采样率的幅度误差计算结果如下表,采样率3M时误差为0.7854dB,5M时0.2772dB,10M时0.06876dB等:不同采样速度对应的信号幅度测量误差(400KHz)A(dB)幅度误差(电压值)(100为标准幅度值)信号频率采样速度-10.2004ΔAf(kHz)S(MSPS)-1.8408510-3.090174001-1.1468810-8.763074002-0.785410-9.135454002.510-9.685834003-0.0687610-9.921154005-0.0171610-9.9802740010-0.0076210-9.9912340020-0.0042910-9.9950740030如按一般的信号采集电压精度不大于5%的要求(电压值)作为标准来看,从上表可得出采样率大于等于5MSPS即可满足

10MSPS的误差是0.06876dB已小于0.1dB,40MSPS的误差是0.00429dB,对于大多数测量0.1dB误差和0.004dB的误差已经没有实际意义

考虑到采样率高会导致数据大量增加,丢失数据的可能性增加以及更高的采购价格等,对于400KHz信号频率的科研应用选用10MSPS采样率就能充分满足

实时数字滤波器有效提取有意义信号在很多应用场合是成功应用的关键

特别是有意义信号淹没或混杂在各种频率幅度的噪声信号中

配合实时FFT功能的实时数字滤波器是有效提取有意义信号的有效工具之一

测试实时数字滤波器的方法可人工产生多种频率的信号,测试对某窄频带信号能否有效提取和抑制

滤波器应可对波形和实时声发射参数同时或单一数据有效,这样既可直观看到滤波器的波形和参数滤波效果,又可在实际数据采集时不采集大数量波形仅对声发射参数有效

数据通过率声发射仪器不同于通用数据采集系统在于硬件实时声发射参数提取

这是因为普通计算机与数据采集外设系统的数据通过率不能满足声发射信号大数据量波形数据不丢失传输

例如,最大采样速度为10M,采样精度16位,通道数8,则波形数据量为10M*2*8=160MB/s,远远大于计算机与外设之间的理论数据通过率,USB2.0为60MB/s(480Mbps),PCI为132MB/s,因此会导致大量数据丢失

实际数据通过率更是远小于理论数据通过率,各声发射仪器厂商宣称的为USB2.0为40MB/s,PCI为20MB/s,对上例情况10M 16位 8通道波形数据通过率仅为25%(USB2.0)和12. 5%(PCI)

但很多声发射应用要求不允许任一时间段的信号丢失,例如裂纹开裂瞬间信号丢失就是漏检等

这也是为什么主要声发射仪器厂商都要在数据采集单元对大数据量波形数据进行连续实时信号处理提取转换成为小数据量的声发射参数数据后再传送到计算机,保证任何时间段信号不丢失或少丢失

因此声发射仪器特有(不同于通用数据采集系统)的重要技术指标为实时连续声发射参数通过率和声发射参数分析显示

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