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聲發(fā)射傳感器的原理、分類(lèi)、結(jié)構(gòu)和校準(zhǔn)

聲發(fā)射傳感器的作用是接收材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)。壓力容器、儲(chǔ)罐、熱交換器、管道、反應(yīng)器、航空推進(jìn)器、核電站的設(shè)備等許多類(lèi)型的結(jié)構(gòu)可以用聲發(fā)射進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在所有的應(yīng)用中，聲發(fā)射傳感器是連接結(jié)構(gòu)與聲發(fā)射儀之間的橋梁，所以，聲發(fā)射傳感器的性能對(duì)測(cè)試是非常重要的。

1、聲發(fā)射傳感器的原理

傳感器將聲發(fā)源在被探測(cè)物體表面產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),?它的輸出電壓V(t,x)是表面位移波U(x,t)和它的響應(yīng)函數(shù)T(t)的卷積:???????T(t)???????V(t,x)=U(t,x)??理想的傳感器應(yīng)該能同時(shí)測(cè)量樣品表面位移(或速度)的縱向和橫向分量,在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)(0～100MHz或更大)能將機(jī)械振動(dòng)線(xiàn)性地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),?并具有足夠的靈敏度以探測(cè)很小的位移(通常要求≤10-14m)。

目前人們還無(wú)法制造上述這種理想的傳感器，現(xiàn)在應(yīng)用的傳感器大部分由壓電元件組成，壓電元件通常采用鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等多晶體和鈮酸鋰、碘酸鋰等單晶體，其中，鋯鈦鉛（PZT－5）接收靈敏度高，是聲發(fā)射傳感器常用壓電材料。鈮酸鋰晶體居里點(diǎn)高達(dá)1200℃，常用作高溫傳感器。??傳感器的特性包括：頻響寬度、諧振頻率、幅度靈敏度，這些特性受許多因素的影響，包括：①晶片的形狀、尺寸及其彈性和壓電常數(shù)；②晶片的阻尼塊及殼體中安裝方式；③傳感器的耦合、安裝及試件的聲學(xué)特性。壓電晶片的諧振頻率（f）與其厚度（t）的乘積為常數(shù)，等于0.5倍波速（V），即•t＝0.5V，可見(jiàn)，晶片的諧振頻率與其厚度成反比。2、聲發(fā)射傳感器的分類(lèi)人們根據(jù)不同的檢測(cè)目的和環(huán)境制造了不同性能和不同結(jié)構(gòu)的傳感器。

(1）高靈敏度諧振式傳感器:?諧振式高靈敏度傳感器是聲發(fā)射檢測(cè)中使用普遍的一種,?

這種傳感器具有很高的靈敏度,?可探測(cè)的小位移可達(dá)到10-14m,?但它們的響應(yīng)頻率范圍很窄

,?且共振頻率一般都位于50至1000KHz之間。

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