基于声发射信号设计一种能放大信号的导波杆

作者:双色球发布日期:2019-12-02 00:37

  波发射。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展,是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源,被称为声发射源。近年来,流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源,被称为其它或二次声发射源在美国,检测人员已将波导杆用于原子能压力容器在线监测和可靠性评价,得到良好的效果。大庆石油学院李善春博士通过研究不同长度和不同截面积的导波杆,得出杆长度和面积对声发射信号的影响,将其用于石油管道和水管泄漏检测。本文在以上研究的基础上,通过理论分析和实验相结合方法,设计出一种能放大信号的波导杆,使波导杆的应用范围更广泛。

  声发射是一种常见的物理现象,各种材料声发射信号的频率范围很宽,从几Hz的次声频、20 Hz~20K Hz的声频到数MHz的超声频;声发射信号幅度的变化范围也很大,从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大,就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生,但许多材料的声发射信号强度很弱,人耳不能直接听见,需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术,人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。

  当声发射弹性波沿金属杆传播时,在杆截面面积发生突变处,会发生波的透射和反射作用。设声发射弹性波从大截面杆传播到小截面杆,其位移投射系数为:

  式中:S1为杆大截面面积;S2为杆小截面面积;uI为入射波位移;uT为透射波位移。令α=S2/S1,则M=2/(1+α)。但当S2/S1→O时,uT/uI→2,所以弹性波每经过一个截面积间断杆时,单级放大倍数的极限为2.圆锥形杆可以近似看做由一系列面积发生强间断的阶梯杆所组成。弹性波在其传播也会增加位移透射系数。

  声发射弹性波经过变截面杆透射后位移增大,质点间的振幅增加,所以质点间弹力增加,利用压电传感器把力信号转换为电信号原理,其电信号也增加,起到放大声发射信号的效果。

  为了研究不同结构形状的导波杆对声发射信号的放大情况,采集经过不同结构的导波杆信号,利用能量、最大振幅二个参数研究其放大规律。所以设计了一系列不同结构的杆来研究其放大规律。如图1所示,(a)为阶梯形杆,(b)为圆锥形杆,尺寸见表1.

  采集系统:声华科技公司SR150声发射传感器,自带前置放大器(放大倍数为40 dB);成都中科动态仪器公司PCI4721数据采集卡;上位机PC.

  (2)把传感器1放在铁板(500 mm×500 mm×4 mm)表面,传感器2安放在导波杆上面,且布置在同一圆周上(圆周半径R=200 mm),传感器与铁板及杆之间使用凡士林耦合。在两传感器分布圆圆心处断铅,采集信号,每组杆采集20次断铅信号。

  (3)换不同的杆重复步骤(2),记传感器同时在导波杆1和铁板采集信号为第一组,传感器同时在导波杆2和铁板采集信号为第二组,依次类推至第七组。

  采集到的信号经过小波去噪处理后,处理结果见表2(比值为传感器安放在导波杆的信号与安放铁板信号之比)。

  由第一组和第二组数据分析,对面积比α=0.46阶梯杆1和面积比α=0.65阶梯杆2,随着面积比α的增加,最大振幅比和能量比都减小,符合位移透射系数M=2/(1+α)随α增加而减小的性质。其原因在于这里的假设是完全弹性体,没有能量的损失,而实际金属介质并非完全弹性体,除了弹性外还有粘性和塑形,内部还有少量杂质和缺陷,这些都会引起能量的损耗。这就解释了相同面积比,不同锥度的圆锥杆对信号的放大情况不同。从第一、三、四组数据可以看出,相同面积比的阶梯杆1和圆锥杆3,4,圆锥杆的最大振幅比和能量比都比阶梯杆1的大些。比较第三组和第七组数据,杆3和杆7为相同的高度和小端面积,但杆3的大端面积比杆7大,其最大振幅和能量比也比杆7大。

  (1)位移透射系数M=2/(1+α)只对完全弹性体适合,实际应用中,M除了与α有关外,还与杆的具体结构和杆的物理性质等有关,需要实验去修正M.

  (2)阶梯形杆的放大比与其面积比有关,固定小端面积,当大端面积增加时,放大比增加,但并非线)当圆锥形波导杆的大小端面面积一定时,锥度越大,能量、最大振幅值越大,反之越小。

  由此可知,圆锥形波导杆在声发射检测中,可以起到导波与放大信号作用,使得波形更清晰,有利于准确检测,提高分析精度,使导波杆应用更广泛。

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  AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

  是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...

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  2是一款PWM器件,设计用于宽输入范围,能够产生低至0.8V的输出电压。 NCP3012提供集成栅极驱动器和内部设置的75kHz振荡器,能够与外部频率同步。 NCP3012具有外部补偿跨导误差放大器,内部固定软启动。 NCP3012将输出电压监控与电源良好引脚相结合,以指示系统处于稳压状态。双功能SYNC引脚使器件与更高频率(从模式)同步,或输出180度异相时钟信号以驱动另一个NCP3012(主模式)。保护功能包括无损耗电流限制和短路保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 NCP3012采用14引脚TSSOP封装。非常适合需要电源干扰最小的噪声敏感应用。 (医疗,网络等) 特性 优势 输入电压范围为4.7 V至28 V 能够运行各种输入电压 75 kHz操作 效率高 0.8 V +/- 1%参考电压 准确的系统调节 缓冲外部+1.25 V参考 附加调节1 mA输出以供额外使用 电流限制和短路保护 系统级保护 PowerGood输出引脚 电源排序功能 启用/禁用引脚 电源排序功能 输入和输出电压保护 增强的系统级保护 外部同步 能够同步到更高频率或180°异相 应用...

  HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...

  美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...

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  图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...

  AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

  是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4条车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...


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