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声发射检测仪器系统
吴湛
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信号电缆
从前置放大器到声发射检测仪主体，往往需要很长的信号传输线和前置放大器的供电电缆，在前置放大器和主放大器也需要进行信号传输，通常需要采用信号电缆实现。信号电缆包括同轴电缆、双绞电缆和光导纤维电缆。
4.1.1 同轴电缆
同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开。根据传输频带的不同，可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型：
基带：数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。
宽带：可传送不同频率的信号。
广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50Ω(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比) 同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75Ω同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。同轴电缆以单根铜导线为内芯，外裹一层绝缘材料，外覆密集网状导体，最外面是一层保护性塑料。金属屏蔽层能将磁场反射回中心导体，同时也使中心导体免受外界干扰，故同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性。
同轴电缆的这种结构，使它具有高带宽和极好的噪声抑制特性。声发射仪器中使用的同轴电缆为高质量的75Ω或50Ω同轴电缆用于传感器与前置放大器之间和前置放大器与主放大器之间的模拟声发射信号传输。有时采用耐高温的同轴电缆用于传感器与前置放大器之间信号传输抵抗被测物体上的高温。
由于声发射信号幅度值通常很小，传感器输出端一般不超过100毫伏，为避免过大的信号衰减和信噪比降低，同轴电缆的应用一般不超过100米。
主要电气参数：
(1)同轴电缆的特性阻抗 同轴电缆的平均特性阻抗为50±2Ω,沿单根同轴电缆的阻抗的周期性变化为正弦波,中心平均值±3Ω,其长度小于2米。
(2)同轴电缆的衰减 一般指500米长的电缆段的衰减值。当用10MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过6.0db(12db/公里)。
(3)同轴电缆的传播速度 需要的最低传播速度为0.77C(C为光速)。
(4)同轴电缆直流回路电阻 电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和不超过10毫欧/米(在20Ω下测量)。
4.1.2 双绞电缆
双绞电缆(TP)：将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。双绞线是现在最普通的传输介质，它由两条相互绝缘的铜线组成，典型直径为1毫米。两根线绞接在一起是为了防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。
双绞线分为分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。
目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类四种：
3类：传输速率支持10Mbps，外层保护胶皮较薄，皮上注有“cat3”；
4类：网络中不常用；
5类（超5类）：传输速率支持100Mbps或10Mbps，外层保护胶皮较厚，皮上注有“cat5”；
超5类双绞线在传送信号时比普通5类双绞线的衰减更小，抗干扰能力更强，在100M网络中，受干扰程度只有普通5类线的1/4，目前较少应用。
屏蔽式双绞线具有一个金属甲套(sheath)，对电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)具有较强的抵抗能力。
声发射仪器中仅用双绞电缆传输数字信号，如采用前端数字化的声发射检测系统。
4.1.3 光导纤维电缆
光导纤维电缆是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰减小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于要求传输距离大于100米的声发射应用。
光纤为圆柱状，由3个同心部分组成——纤芯、包层和护套，每一路光纤包括两根，一根接收，一根发送。用光纤作为网络介质的LAN技术主要是光纤分布式数据接口(Fiber－optic Data Distributed Interface，FDDI)。与同轴电缆比较，光纤可提供极宽的频带且功率损耗小、传输距离长(2公里以上)、传输率高(可达数千Mbps)、抗干扰性强(不会受到电子监听)，是构建安全性网络的理想选择。
由于光纤传输相对同轴电缆结构复杂，两端需要光电编码器和解码器，目前应用较少，但有可能成为需要长距离传输声发射信号的最佳选择。
4.1.4 电缆中的噪音问题
电子设备中噪声有从信号电缆和电源电缆上产生的传导噪声和空间辐射的辐射噪声两大类。这两大类中有分为共模噪声和差模噪声两种。差模传导噪声是电子设备内噪声电压产生的与电源电流或信号电流相同路径的噪声电流，如图4.1所示。减小这
种噪声的方法是在电源线和信号线上串联电感（差模扼流圈）、并联电容或用电感和电容组成低通滤波器，减小高频的噪声，如图4.2所示。
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dyc1305413149 2012-06-12
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