计算机辅助声发射源检测定位系统

    声发射(AE)是材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂时以弹性波形式释放出应变的现象。声发射信号可以藉助高灵敏度的声发射检测仪检测、分析,从而推断声发射源(如裂纹)的位置和活动度。由于这种检测方法的无损性和动态性,目前已经成为检测材料缺陷或结构完整性的重要手段,在材料研究、压力容器评价、飞机构件的强度监视等方面获得了广泛应用。

    目前已开发的声发射检测仪有多种类型。较为先进的多通道声发射检测系统一般装备了微型计算机,具有检测、定位、分析等功能。普通的声发射检测仪则只有一个或几个通道,功能简单,一般仅提供声发射脉冲计数和相对时差数据,不能进行在线实时定位和分析,如B&K声发射脉冲分析仪。显然,普通声发射检测仪在应用上有许多不便,有必要进行功能开发。为此,作者应用微型计算机对普通声发射检测仪进行开发,研制成功计算机辅助声发射源检测定位系统。本文论述该系统的几个关键技术问题。

    1 系统的组成

    计算机辅助声发射源检测定位系统主要由换能器、前置放大器、主放大器、声发射脉冲分析仪、微型计算机及外设组成,如图1所示。

    声发射信号以高频应力波的形式在材料或结构中传播,经换能器拾取转变为电信号,二级放大后输入声发射脉冲分析仪,数字信号经IEEE488接口总线输入计算机进行分析。

    B&K4429声发射脉冲分析仪是一种高灵敏度的四通道声发射检测仪,其工作原理示于图2。该分析仪有三种操作模式:脉冲计数模式、加权计数模式、四通道源定位模式。脉冲计数模式下可分别获得每一通道的声发射脉冲计数和累加总数。加权计数模式下可获得声发射信号的能量值。四通道源定位模式下给出相对时差值。每一通道的比较器可设定参考电平作为信号阈值,以滤除环境噪声。该仪器设计有数字输出接口,通过IEEE488接口总线与微型计算机相连,可实现自动检测和数据处理。

    2 IEEE488接口总线

    IEEE488接口总线又称GPIB接口总线,是基于IEEE488标准的并行接口总线,目前已获得世界各国的普遍承认,广泛用来组建积木式自动测试系统。

    GPIB总线具有讲者T、听者L、控者C、请求服务SR等10种功能,自动实现计算机和器件间的交互作用和数据传输。

    计算机辅助声发射源检测定位系统采用的GPIB接口总线包括接口卡、软件包GPIB-PC和电缆线等。接口卡主要由GPIB适配器LPD7210、信号缓冲回路、通用逻辑门阵列GAL、中断控制器、DMA控制器配置安排开关与跳线等组成。GPIB-PC软件包包括管理程序、硬件诊断程序、软件安装程序、配置安排程序、语言接口程序等文件。在应用程序中调用有关程序,即可实现计算机和器件间的数据传输。仪器输出数据给计算机的流程图示于图3。