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某些晶体受力产生变形时，其表面出现电荷，而又在电场的作用下，晶片发生弹性变形，这种现象称为压电效应。 常用声发射传感器的工作原理，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—原理 第30页，共73页，编辑于2022年，星期六 单端谐振式AE传感器 声发射传感器一般由壳体、保护膜、压电元件、连接导线及高频插座组成。 将压电元件的负电极面用导电胶粘贴在底座上，另一面焊出一根很细的引线与高频插座的芯线连接，外壳接地。 压电元件通常采用锆钛酸铅陶瓷晶片，起到声电转换作用；压电晶片两表面镀上银膜，起到电极作用；保护膜起到保护晶片及传感器与被检体之间的电绝缘作用，金属外壳对电磁干扰起着屏蔽作用。 声发射传感器—原理 第31页，共73页，编辑于2022年，星期六 传感器的原则应根据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。 声发射传感器—选择 第32页，共73页，编辑于2022年，星期六 利用耦合剂涂抹传感器底部后，再通过磁座方式进行安装固定。 使用耦合剂的原因： 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。 声发射传感器—安装 第33页，共73页，编辑于2022年，星期六 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。 声发射传感器—标定 第34页，共73页，编辑于2022年，星期六 （1）声发射和振动传感器工作原理的区别 测量原理 声发射传感器：压电材料直接粘在金属外壳上，只要外壳微小变形，在压电材料检测范围内就能转成电压，所以信号的方向没有关系。 压电式加速度传感器：壳体随物体一起振动，具有加速度的质量块作用给压电晶体一个随加速度变化的力，压电晶体输出随被测体加速度大小变化的电压量。所以，电压量与传感器的安装位置相关。 压电材料 声发射压电材料多为非金属介电晶体，常用灵敏度高的锆钛酸铅（PZT-5）作为压电材料。 压电式加速度传感器常用石英和压电陶瓷作为压电材料，其灵敏度不及锆钛酸铅。 声发射检测与振动检测的比较 单端谐振式AE传感器 压电式振动传感器 第35页，共73页，编辑于2022年，星期六 （1）声发射和振动传感器工作原理的区别 两种传感器都是基于压电效应原理实现将被检件的变化转换成电压信号。 由于声发射传感器相对振动传感器使用更灵敏的压电材料、压电晶体上没有放置质量块， 声发射传感器能测量更加微弱的信号 声发射传感器的安装没有方向性。 声发射检测与振动检测的比较 第36页，共73页，编辑于2022年，星期六 （2）声发射和振动信号源区别 声发射是材料局部能量的快速释放而发生瞬态应力波，材料在应力作用下的变形与裂纹扩展是失效的重要机制，这是传统意义上或典型的声发射源。 近年来，流体泄露、摩擦、撞击等于变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，也划到声发射源范畴，成为其他声发射源或二次声发射源。 声发射信号都是高频信号，一般都在几十千赫兹以上。 振动信号是物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动所产生的信号，一般只有几十赫兹甚至更低。 声发射检测与振动检测的比较 第37页，共73页，编辑于2022年，星期六 （3）声发射相对振动的优势 声发射技术可以用于低速、变速和非整周期旋转机构的故障诊断。低速、变速和非整周期旋转机构的振动信号通过振动分析方法无法找到故障频率，从而无法评价机构的运行状态，但可以利用声发射信号的特征参数分析方法分析并预测机构的运行状态。 声发射检测技术能发现早期故障。由于声发射传感器能接收到更加微弱的信号，同时声发射信号的高频特性，排除了很多环境噪声，使得声发射能比振动更早的发现故障。 声发射检测与振动检测的比较 第38页，共73页，编辑于2022年，星期六 （3）声发射相对振动的优势 声发射在润滑脂污染检测中比振动更有效。声发射利用幅值检测污染，存在污染时幅值变化很大，而振动信号对污染变化很小。同种工况下，声发射比振动更有效。 转子裂纹是比较严重的故障，通常使用振动分析的手段对其进行诊断，但是振动分析方法对于转子早期裂纹的检测并不理想。倘若转子产生疲劳裂纹并扩展，则产生声发射信号，因此声发射检测方法被应用到转子早期裂纹故障的检测。 声发射检测与振动检测的比较 第39页，共73页，编辑于2022年，星期六 声发射信号类型