声发射传感器

　　声发射传感器一般由壳体、保护膜、压电元件、阻尼块、连接导线及高频插座组成。压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸钡和铌酸锂等。根据不同的检测目的和环境采用不同结构和性能的传感器。其中，谐振式高灵敏度传感器是声发射检测中使用最多的一种。单端谐振式传感器的结构简单，如图所示。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。

　　1、宽带响应声发射传感器

　　在失去了与源有关的力学机理的情况下，用谐振式声发射传感器来测量声发射信号有其它的局限性。为了测量到更加接近真实声发射信号来研究声源特性，就需得使用宽带声发射传感器(图2-9)来获取更广频率范围的信号。宽带响应的声发射传感器的主要优点是采集到的声发射信号丰富，全面，当然其中也包含着噪声信号。声发射传感器是宽带、高保真位移或速度声发射传感器以便捕捉到真实的波形。

　　2、谐振响应声发射传感器

　　金属材料和其它应用场合常使用通称频率150KHz的谐振式窄带声发射传感器(典型型号PXR15)来测量工程材料的声发射信号，采用计数、幅度、上升数据、持续数据、能量这些传统的声发射参数。窄带谐振式声发射传感器灵敏度较高并且有很高的信噪比，价格便宜，规格多，如在知晓声源传播基本特性、想获取某一频带范围的AE信号来进行处理或想提高系统灵敏度，选择合适型号的谐振式声发射传感器比较好，如声源定位。应当指出所谓谐振式窄带声发射传感器并不是只对某频率信号敏感，而是对某频率带信号敏感，其它频率带信号灵敏度较低。

　　3、特殊声发射传感器

　　凡是能将物体表面振动声波转变成电量的声发射传感器都可作为声发射传感器，因此那些在超声检测领域中的各种类型声发射传感器都有可能作为声发射传感器，例如光学原理测物体表面微小位移的声发射传感器、电磁原理测物体表面微小位移的声发射传感器等。但由于声发射信号相对而言更弱小，大多数非压电原理的声发射传感器灵敏度不够只能用于特殊情况。

　　另一类采用压电原理的特殊声发射传感器为转变指定声波振动方向的振动量，如平行测试物体表面的振动量和垂直测试物体表面的振动量等。由于这类声发射传感器的实际效果有待验证，目前仅见用于研究和特殊情况。

　　声发射传感器是利用某些物质（如半导体、陶瓷、压电晶体、强磁性体和超导体等）的物理特性随着外界待测量作用而发生变化的原理制成的。它利用了诸多的效应（包括物理效应、化学效应和生物效应）和物理现象，如利用材料的压阻、湿敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等效应，把应变、湿度、温度、位移、磁场、煤气等被测量变换成电量。而新原理、新效应的发现和利用，新型物性材料的开发和应用，使物性型声发射传感器得到很大的发展。因此了解声发射传感器所基于的各种效应，对其理解、开发和应用都是非常必要的。在声发射检测过程中，通常使用的是压电效应。

　　国内的压电陶瓷材料价格便宜，因而在低端声发射传感器中应用较多，但在一致性和温度稳定性方面有些欠缺。一般高端的声发射传感器均选用日本生产的压电陶瓷元件。如国内的PXR系列声发射传感器均全部选用了日本富士陶瓷的敏感元件，其一致性、可靠性、稳定性比普通的传感器要好很多。

　　具有明显压电效应的材料称为压电材料，常用的有石英晶体、铌酸锂LiNbO3、镓酸锂LiGaO3、锗酸铋Bi12GeO20等单晶和经极化处理后的多晶体如钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系列压电陶瓷PZT。新型压电材料有高分子压电薄膜（如聚偏二氟乙烯PVDF）和压电半导体（如ZnO、CdS）。