声发射传感器的原理、分类、结构和校准

声发射传感器的作用是接收材料或结构内部的声发射信号。压力容器、储罐、热交换器、管道、反应器、航空推进器、核电站的设备等许多类型的结构可以用声发射进行监测。在所有的应用中，声发射传感器是连接结构与声发射仪之间的桥梁，所以，声发射传感器的性能对测试是非常重要的。

1、声发射传感器的原理

传感器将声发源在被探测物体表面产生的机械振动转换为电信号, 它的输出电压V(t,x)是表面位移波U(x,t)和它的响应函数T(t)的卷积:       T(t)       V(t,x)=U(t,x)  理想的传感器应该能同时测量样品表面位移(或速度)的纵向和横向分量,在整个频谱范围内(0～100MHz或更大)能将机械振动线性地转变为电信号, 并具有足够的灵敏度以探测很小的位移(通常要求≤10-14m)。

目前人们还无法制造上述这种理想的传感器，现在应用的传感器大部分由压电元件组成，压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡等多晶体和铌酸锂、碘酸锂等单晶体，其中，锆钛铅（PZT－5）接收灵敏度高，是声发射传感器常用压电材料。铌酸锂晶体居里点高达1200℃，常用作高温传感器。  传感器的特性包括：频响宽度、谐振频率、幅度灵敏度，这些特性受许多因素的影响，包括：①晶片的形状、尺寸及其弹性和压电常数；②晶片的阻尼块及壳体中安装方式；③传感器的耦合、安装及试件的声学特性。压电晶片的谐振频率（f）与其厚度（t）的乘积为常数，等于0.5倍波速（V），即•t＝0.5V，可见，晶片的谐振频率与其厚度成反比。2、声发射传感器的分类人们根据不同的检测目的和环境制造了不同性能和不同结构的传感器。

(1）高灵敏度谐振式传感器: 谐振式高灵敏度传感器是声发射检测中使用普遍的一种, 

这种传感器具有很高的灵敏度, 可探测的小位移可达到10-14m, 但它们的响应频率范围很窄

, 且共振频率一般都位于50至1000KHz之间。

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