浅谈声发射技术

1、基于声发射技术的故障定位

通过声发射技术定位功能可以直接地知道产生声发射源的位置，进而方便对指定区域进行二次检查。如常见的储罐罐底定位，如果采用传统的超声波检测方法可能需要几个月时间，并且检测的过程中需要对储罐进行清理等，但是采用声发射技术定位可以不对储罐进行清理，时间也只需要几个小时，如果检测的结果表明有进一步检测的必要，再采用超声波检测，如果没有进一步检测的必要就可以直接检测完成。二者相比，声发射技术可以减少非常多的检测成本。

为了实现声发射的定位功能，需要将各个声发射传感器采集仪的时间进行同步，同步须达到10us级才能实现较小区域的定位（分米*分米）。在物联网时代之前的台式声发射检测仪中，广泛采用板间传输或有线传输方式来实现时间同步。

2、传统的时间同步方式

2.1 板间同步方式

采用多个声发射传感器布置于罐体的四周，通过长距离的电缆接入到带声发射采集卡的计算机设备中通过采用精度极高（可达到百ns级）的板载高速总线，控制多个通道的同步采集，从而实现定位功能。

某司声发射罐底腐蚀泄漏检测系统

优点：1）同步精度很高，可以达到百ns级别；
          2）采样精度高，可以达到16~18位，采样速度高，10Msps；
缺点：1）成本高；
          2）集成通道有限，很难做到百通道以上；
          3）受传感器线长影响，可布设空间有限。
 

2.2 有线同步方式

采用有线传输方式通常使用串行接口来作为传输介质，通过分散式机箱布置，机箱通过有线/无线网络（WIFI、4G、LORAWAN等）进行波形参数传输，可以增加布设空间。
 

某司的基于485总线的分散式声发射检测系统

每一组声发射设备包含N个声发射数据采集通道（从1到N，可动态配置），设备内通过高精度总线传输同步信号，设备间通过收发相接的RS485总线环形网络，传输同步信息实现整个网络的同步。按照RS485总线的负载能力，可实现30-40组设备的连接，而全网络最大可实现700-800个通道的时钟同步。

分散式声发射检测系统组成示意图

优点：1）可容纳的通道数较多;
          2）分散式安装，可降低安装难度；
          3）布设空间很大，设备间距可以很广

缺点：1）同步精度一般，可达到十us级；

2）485电缆较长时，需要增加中继；

3）安装复杂，传感器线缆和通信线缆多；

3、物联网时代下的声发射技术时间同步新模式

现代声发射仪器已经逐渐进入物联网时代，之前使用485工业总线进行有线时间同步的方式，虽然有精度高、连接稳定和高鲁棒性等优点，但在呈阵列排布的大规模声发射无线设备集群的应用中，则因缺乏灵活便捷性而显得捉襟见肘。选用一种无线且高精度同步时钟的方式，就显得尤为重要。因此我们经过反复比较和实验，选择基于GPS及Wifi 这两种可控距离长、稳定可靠的主流无线时间同步方式作为定位的核心声发射技术。

3.1 GPS同步方式

清诚IOT声发射设备采用小型化、集成化设计，设备内部集成传感器、采集电路可充电电池和无线同步通信功能板，可实现宽范围的声发射信号采集、支持多种无线通信方式组网、支持多通道组合同步网络等功能，具有体积小、功能强使用方便等特点。

优点：1）可容纳通道数很多；
          2）安装布设容易，只需要安装一次；
          3）组网方便，可实现远距离通信；
          4）可实现长期无人值守；
          5）布设空间广，不需要通信线缆；
          6）同步精度高，可达±1us；
          7）单通道成本低。

缺点：需要放在空旷室外使用，受GPS信号影响大。

3.2 Wifi同步方式

WIFI无线同步技术由WIFI网内的无线主端设备为控制主体，以特定无线模式的无线定向广播方式，向目标设备群组中若干无线从端设备发送包含同步时间标识同步数据包的同步序列信标。

优点：1）可容纳通道数很多；
          2）安装布设容易，只需要安装一次；
          3）组网方便，可实现远距离通信；
          4）可实现长期无人值守；
          5）布设空间广，不需要通信线缆；
          6）同步精度高，可达±1us；
          7）单通道成本低。

缺点：受无线信号强度影响大，容易受障碍物影响。

总结：以上4种同步方式各有特点，在使用时可根据需求选择合适的设备，4种同步方式的对比如下：

最新的清诚IOT声发射设备内部兼容GPS/无线/有线3种同步方式，可通过配置同步模式，选择GPS同步、无线同步和有线同步。

审核编辑 黄宇