聲發(fā)射儀技術(shù)指標淺談
加入技術(shù)交流群
3 聲發(fā)射儀的主要部件
聲發(fā)射儀一般包括以下部件，但由于結構的差異，可能會(huì )有不同的表現形式。
3．1 傳感器類(lèi)型
聲發(fā)射傳感器一般是壓電陶瓷材料制造成的，選擇時(shí)主要考慮其諧振頻率、靈敏度、溫度范圍、結構形式、信號接口等因素。傳感器的諧振頻率應滿(mǎn)足待測設備、材質(zhì)、耦合介質(zhì)等的需求。
3．2 前置放大器
主要考慮增益、頻率、供電方式和信號接口遞范圍。增益的選擇要考慮傳感器和后續信號處理通道的匹配問(wèn)題，而接口方式則需要考慮傳感器的接口、供電和信號輸出接口等因素。前置放大器頻率范圍應覆蓋所趕興趣信號的頻率范圍。供電一般選擇與信號復用的方式。
3．3 信號處理板
一般由1個(gè)或者多個(gè)信號處理板構成整個(gè)系統，信號處理板主要完成對來(lái)自前置放大器的聲發(fā)射信號的處理，得到滿(mǎn)足要求的參數數據和/或波形數據。一個(gè)信號處理板可以包含一個(gè)或者多個(gè)信號處理通道。
3．4 計算機系統
其功能是將各個(gè)信號處理卡得到的波形和/或數據讀到計算機系統進(jìn)行保存、處理和顯示等操作。不同類(lèi)型的聲發(fā)射儀對計算機系統的要求不一樣，如前所述，參數式聲發(fā)射儀對計算機系統的要求較低，參數-波形式次之，直接波形式對計算機系統的要求最高。計算機系統應該有適當的升級和擴充能力。
3．5 采集分析軟件
采集、分析軟件可以分成獨立的幾個(gè)軟件，也可以是多個(gè)軟件功能集合到一起，但都應該可以實(shí)現實(shí)時(shí)采集、分析、保存等的功能。如前所述，采集分析軟件至少應可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)分析和結果顯示，并可實(shí)時(shí)將結果予以保存。如果有波形的系統應可實(shí)時(shí)觀(guān)察部分或者全部的波形。
軟件最好有全中文界面，便于學(xué)習和操作。
4 聲發(fā)射儀的重要技術(shù)指標
4．1信噪比（SNR）
一般是指信號系統允許無(wú)失真接收的最大信號和系統背景噪聲的比值，常用此比值的常用對數乘以20得到分貝值來(lái)表示信噪比。作為儀器，信噪比越大越好；但是，一般信噪比大的儀器制造成本高，有時(shí)信號比的增加會(huì )急劇增加造價(jià)，勢必售價(jià)被提高。SNR和系統的最小門(mén)檻相關(guān)，一般可以選擇無(wú)機械信號時(shí)系統允許的最小門(mén)檻來(lái)估算SNR的水平。
4．2 頻率范圍
頻率范圍是指前置放大器和信號處理板的模擬信號帶寬，它取決于濾波器和信號通道的整體特征，而非某個(gè)部件的頻率范圍。一般通過(guò)濾波器的組合可以覆蓋10KHz～2MHz的范圍就可滿(mǎn)足大多數應用。對于特定的應用，應該選擇最為接近其頻率范圍的濾波器組合以實(shí)現對噪聲的抑制，并不是帶寬越寬越好。一般而言，濾波器帶寬越寬其信噪比越低。
4．3 聲發(fā)射參數
無(wú)論是何種技術(shù)和何種處理方法制造的儀器，一般應該包括：上升時(shí)間、持續時(shí)間、峰值幅度、計數值、能量等參數，最好還可以包括到峰計數、均方根電壓、信號平均電平參數。
4．4 軟件功能
應可以實(shí)時(shí)采集各個(gè)通道的數據，實(shí)時(shí)定位分析、濾波處理，以特定的方式顯示數據處理的結果、保存處理結果。應可離線(xiàn)處理所保存的數據，輸出分析結果。一般國產(chǎn)儀器采用中文界面的緣故比較容易學(xué)習，進(jìn)口儀器大多都是英文界面，但功能較為強大，在選擇時(shí)是一個(gè)值得考慮的因素。軟件至少應該提供線(xiàn)定位、三角形定位（如需要）算法，最好提供球形定位、矩形定位算法，定位精度在50mm以下為宜。
4．5 每秒撞擊數（HITs/S）
這個(gè)指標是衡量一臺聲發(fā)射儀實(shí)時(shí)性最為重要的指標，如果對儀器的實(shí)時(shí)性非常關(guān)心，請仔細考慮這個(gè)指標。這個(gè)指標進(jìn)一步分解為單個(gè)通道每秒撞擊數和整臺儀器的每秒撞擊數。單個(gè)通道的每秒撞擊數實(shí)際上衡量了單個(gè)通道接收聲發(fā)射信號和由此產(chǎn)生的參數或者波形數據的能力；而整臺儀器的每秒撞擊數則用來(lái)衡量?jì)x器整體的信號接收和處理能力，它是指各個(gè)聲發(fā)射信號處理通道處理聲發(fā)射撞擊的總和。一般前者指標可以做的很高，但是后者則需要倚賴(lài)許多因素，例如：ADC采樣頻率、通道數、軟件的影響等。采購時(shí)這兩個(gè)指標都非常重要，要統籌考慮。無(wú)論何種儀器，此指標都適用。
4．6 ADC的采樣頻率
在數字聲發(fā)射儀中，此參數決定了對信號的分析能力，它直接影響定位精度、到達時(shí)間、上升時(shí)間、峰值幅度等參數的數值。筆者認為，ADC的采樣頻率濾波器最高頻率的10～20倍左右為宜，倍數太高會(huì )增加數據的流量、影響實(shí)時(shí)性，而倍數太低會(huì )丟失有效的細節。例如，如果聲發(fā)射信號的諧振頻率為300KHz，濾波器的范圍為100～500KHz，則ADC需要達到的采樣頻率在5MHz～10MHz為宜。
4．7 ADC的分辨率
ADC的分辨率決定了儀器對小信號的分辨能力，一般用12～16位分辨率的ADC，個(gè)別可選擇18位。ADC的分辨率和SNR相比，SNR更能表征儀器的設計和制造水平，因為ADC分辨率高的ADC的不一定可以實(shí)現SNR高。
4．8 增益
模擬和數字聲發(fā)射儀都可以有增益選擇，此參數用來(lái)改善系統的動(dòng)態(tài)范圍和可接收的信號范圍。增益可以是對模擬信號加增益放大，也可以對ADC結果進(jìn)行抽樣得到"處理增益"。
4．9 附加接口
聲發(fā)射儀一般都具有測量附加參數的接口，主要用來(lái)測量聲發(fā)射測試時(shí)的環(huán)境溫度、設備的壓力等，但這些都不屬于聲發(fā)射技術(shù)本身所必須的參數，只是實(shí)驗條件而已！部分儀器提供其它接口用來(lái)通訊、同步等功能，一般可根據需要選擇考慮。
5、結論
上述各項是選擇、比較聲發(fā)射儀的一些重要技術(shù)考慮。作為一個(gè)集多種技術(shù)于一體的技術(shù)產(chǎn)品，聲發(fā)射儀的比較和選擇是比較復雜的，需要考慮諸多因素，除了上述各因素外，還應該考慮重量、體積、價(jià)格、服務(wù)等因素。任何因素對采購的決策不應起決定的影響，應該在考慮技術(shù)指標、服務(wù)、價(jià)格等各個(gè)因素后，做出最終的決策。
評論