模拟信号 _百度百科
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模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。
主要是与离散的相对的连续的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如气温的变化，而是人为的出来的在取值上不连续的信号。上的模拟信号主要是指和都连续的电信号，此信号可以被进行各种运算，如放大，相加，相乘等。
模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的，或，或随时间作连续变化，广播的声音信号，电视的信号等。(1)模拟信号与数字信号
不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据（）一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如广播中的电磁波)，或电压信号(如传输中的音频电压信号)来表示；（数字量）则采用(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示数0)，或光脉冲来表示。 当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。 当采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。
(2)模拟信号与数字信号之间的相互转换
模拟信号和之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。、计算机局域网与中均使用二进制，21世纪在中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是。图2所示为一简单的原理图。图中的话音信号源采用了一个高斯源经过3KHz低通后的输出来模拟。调整图中的图符5的增益可以改变差值Δ的大小。在接收端，解调器未使用与本地解调器一致的电路，直接使用积分器解调输出。如果希望输出波形平滑，可在积分器和输出放大器之间加入一个低通，以滤除信号中的高频成分。所示是输入的模拟话音信号波形。是后的输出波形。为经过积分器解调后的输出波形。观察可以比较输入输出波形之间的失真。
由理论分析可知，ΔM的量化与抽样成三次方关系，即抽样每提高一倍则量化信噪比提高9dB。通常ΔM的抽样至少16KHz以上才能使量化达到15dB以上。32KHz时，量化约为26dB左右，可以用于一般的通信质量要求。如果设信道可用的最小为15dB，则信号的动态范围仅有11dB，远远不能满足高质量通信要求的35-50dB的动态范围，除非抽样提高到100KHz以上采用实用价值。上述理论分析的结论读者可以通过改变的信号抽样观察到。当抽样低于16KHz时，信号失真已十分明显，当抽样频率为128KHz时失真较小。
改进ΔM动态范围的方法有很多，其基本原理是采用自适应方法使量阶Δ的大小随输入信号的统计特性变化而跟踪变化。如量阶能随信号瞬时压扩，则称为瞬时压扩ΔM，记作。若量阶Δ随音节时间问隔（5一20ms）中信号平均斜率变化，则称为连续可变斜率，记作。由于这种方法中信号斜率是根据码流中连“1”或连“0”的个数来检测的，所以又称为数字检测、音节压扩的自适应，简称数字压扩增量调制。图9.20给出了数字压扩的方框图。
数字压扩与普通增量调制相比，其差别在于增加了连“1”连“0”数字检测电路和音节平滑电路。由于的自适应信息（即控制电压）是从输出码流中提取的，所以接收端不需要发送端传送专门的自适应信息就能自适应于原始信号，电路实现起来比较容易。对于数字压扩感兴趣的读者可以在上述的基础上加入连“1”连“0”数字检测电路和音节平滑电路，重新仿真并观察改善情况。7.1.1 模拟信号采集技术
这里的模拟信号是指电压和电流信号，对模拟信号的处理技术主要包括的选通、模拟量的放大、信号滤波、电流电压的转换、V/F转换、A/D转换等。
1．模拟通道选通
单片机测控系统有时需要进行多路和多参数的采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、滤波、采样/保持，A/D等环节，不仅成本比成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难；并且对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采用一个回路几乎是不可能的。因此，除特殊情况下采用多路独立的放大、A/D外，通常采用公共的采样/保持及(有时甚至可将某些放大电路共用)，利用多路模拟开关，可以方便实现共用。
在选择多路模拟开关时，需要考虑以下几点：
（1）通道数量
通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度有直接的影响，因为通道数目越多，寄生电容和泄漏电流通常也越大。平常使用的模拟开关，在选通其中一路时，其它各路并没有真正断开，只是处于，仍存在漏电流，对导通的信号产生影响；通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
（2）泄漏电流
在设计电路时，泄漏电流越小越好。采集过程中，信号本身就非常微弱，如果信号源内阻很大，泄漏电流对精度的影响会非常大。
（3）切换速度
在选择模拟开关时，要综合考虑每路信号的采样速率、A/D的转换速率，因为它们决定了对模拟开关的切换速度的要求。
（4）开关电阻
理想状态的多路开关其导通电阻为零，而断开电阻为无穷大，而实际的模拟开关无法到这个要求，因此需考虑其开关电阻，尤其当与开关串联的负载为低阻抗时，应选择导通电阻足够低的多路开关。
（5）参数的漂移性及每路电阻的一致性
（6）器件的封装
常用的模拟开关有和SO两种封装，可以根据实际需要选择。
2．信号滤波
从传感器或其它接收设备获得的电信号，由于传输过程中的各种干扰，工作现场的电磁干扰，前段电路本身的影响，往往会有多种成分的噪声信号，严重情况下，这种噪声信号甚至会淹没有效输入信号，致使测试无法正常进行。为了减少信号对测控过程的影响，需采取滤波措施，滤除干扰噪声，提高系统的(S/N)。
过去常用模拟滤波电路实现滤波，模拟滤波的技术较为成熟。模拟滤波可分为和无源滤波。设计有源，首先根据所要求的幅频特性，寻找可实现的有理函数进行逼近设计。常用的逼近函数有：波待瓦兹（Butterworth)函数、(Chebyshev)函数，(Besel)函数等，然后计算电路参数，完成设计。
但是模拟滤波电路复杂，不仅增加了设计成本，而且还增加系统的功耗，降低了。随着电子技术的发展，21世纪很多的场合都应用。发展非常迅速，21世纪的手机、PDA等智能设备，大多采用数字滤波技术。它作为软件无线电的一个处理单元，有非常广阔的发展前景。但是，的处理能力有限，只能完成比较简单的。
在单片机系统中，首先在设计硬件是对信号采取，然后在设计软件时，对采集到的数据进行消除干扰的处理，以进一步消除附加在数据中的各式各样的干扰，使采集到的数据能够真实的反映现场的情况。下面介绍的几种工控中常用的。
（1）死区处理
从工业现场采集到的信号往往会在一定的范围内不断的波动，或者说有较高、能量不大的干扰叠加在信号上，这种情况往往出现在应用工控的场合，此时采集到的数据有效值的最后一位不停的波动，难以稳定。这种情况可以采取死区处理，把波动的值进行死区处理，只有当变化超出某值时才认为该值发生了变化。时可以先对数据除以10，然后取整，去掉波动项。
（2）算术平均值法
公式为YK =(XK1+XK2+XK3+…+XKN)/N，在一个周期内的不同时间点取样，然后求其平均值，这种方法可以有效的消除周期性的干扰。同样，这种方法还可以推广成为连续几个周期进行平均。
（3）中值滤波法
这种方法的原理是将采集到的若干个周期的变量值进行排序，然后取排好顺序的值得中间的值，这种方法可以有效的防止受到突发性脉冲干扰的数据进入。在实际使用时，排序的周期的数量要选择适当，如果选择过小，可能起不到去除干扰的作用，选择的数量过大，会造成的过大，造成系统性能变差。
（4）低通滤波法
公式为YK =Q*XK+(1-Q)*YK-1 截止为f=K/2πT。这种滤波方式相当于使采集到的数据通过一次低通。来自现场的信号往往是4~20mA信号，它的变化一般比较缓慢，而干扰一般带有突发性的特点，变化较高，而低通就可以滤除这种干扰，这就是低通滤波的原理。实际使用时，根据信号的带宽，合理选择Q值。
（5）滑动滤波法
滑动滤波法是由一阶低通滤波法推广而来的。现场信号一般都是平滑的，不会出现突变，如果接收到的信号有突变，那么很可能就是干扰。滑动滤波法就是基于这个原理，把所有的突变都视为干扰，并且通过平滑去掉干扰。应用这种方法，只能处理平滑信号，并且不同的场合，数据处理过程也要做相应调整。滑动滤波法的公式是：Yn=Q1Xn+Q2Xn-1+Q3Xn-2，其中Q1 + Q2+ Q3 =1且Q1 &Q2& Q3。
在实际使用时，常常需要结合多种方法，以其它滤波的效果。在中值滤波法中，加入平均值滤波，借以提高滤波的性能。
3．电流电压的转换
电压信号可以经由A/D件转换成然后采集，但是电流不能直接由A/D 转换器转换。在应用中，先将电流转变成电压信号，然后进行转换。电流/电压转换在工业控制中应用非常广泛。
电流/电压转换最简单的方法是在被测电路中串入精密电阻，通过直接采集电阻两端的电压来获得电流。A/D器件只能转换一定范围的电压信号，所以在电流/电压转换过程中，需要选择合适阻值的精密电阻。如果电流的动态范围较多，还必须在后端加入放大器进行二次处理。经过多次处理，会损失测量的精度。21世纪有很多电流/电压转换芯片，其响应时间、线性度、漂移等指标均很理想，且能适应大范围大电流的测量。
4．电压的转换
频率有以下特点：
(1)简单、占用硬件资源少。信号通过任一根I/O口线或作为及计数时钟输入系统。
(2)抗干扰性能好。V/F转换本身是一个积分过程，且用V/F实现A/D转换，就是计数过程，相当于在计数时间内对频率信号进行积分，因而有较强的抗干扰能力。另外可采用光电耦合连接V/F与单片机之间的通道，实现隔离。
(3)便于远距离传输。可通过调制进行或光传输。
由于以上这些特点，V/F适用于一些非快速而需进行远距离信号传输的A/D转换过程。利用V/F变换，还可以减化电路、降低成本、提高性价比。
5．A/D转换
A/D转换是指将模拟输入信号转换成N位二进制数字输出信号的过程。伴随半导体技术、技术及通信技术的飞速发展，2000年也呈现高速发展的趋势。人类数字化的浪潮推动了A/D不断变革，2014年，在通信产品、消费类产品、工业医疗仪器乃至军工产品中无一不显现A/D的影，可以说，A/D转换器已经成为人类实现数字化的先锋。自1973年第一只集成A/D问世至今，A/D、在加工工艺、精度、采样速率上都有长足发展，2014年的A/D转换器的精度可达26位，采样速度可达1GSPS，今后的A/D转换器将向超高速、超高精度、、单片化发展。不管怎么发展，A/D转换的原理和作用都是不变的。在下一节，将着重讨论A/D转换技术。
7.1.2 A/D转换技术
21世纪的软件无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度，一般的测控系统也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革，而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。A/D发展了30多年，经历了多次的技术革新，从并行、逐次逼近型、积分型ADC，到21世纪来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，它们各有其优缺点，能满足不同的应用场合的使用。
逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的和智能仪器中。分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频化及高速数字通讯技术等领域。此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。∑-Δ型ADC主应用于高精度特别是数字、、、声纳等电子测量领域。下面对各种类型的ADC作简要介绍。
1．逐次逼近型
逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法，它包括1个、1个、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑。它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1个完成1位转换，N位转换需要N个时钟周期，转换完成，输出二进制数。这一类型ADC的分辨率和采样速率是相互矛盾的，分辨率低时采样速率较高，要提高分辨率，采样速率就会受到限制。
优点：分辨率低于12位时，价格较低，采样速率可达1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低。
缺点：在高于14情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。
2．积分型ADC
积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，它的应用也比较广泛。它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个和1个计数单元构成，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对进行计数，从而实现A/D转换。
积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的D表达式与时钟无关，其转换精度只取决于参考电压VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流的干扰有很强的抑制能力。能够抑制高频和固定的低频干扰（如50Hz或60Hz），适合在嘈杂的工业环境中使用。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。
优点：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。
缺点：转换速率低，转换速率在12位时为100～300SPS。
3．并行比较A/D
并行比较ADC主要特点是速度快，它是所有的A/D中速度最快的，现代发展的高速ADC大多采用这种结构，采样速率能达到1GSPS以上。但受到功率和体积的限制，并行比较ADC的分辨率难以做的很高。
这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍，也近似增加一倍。
并行比较ADC的分辨率受管芯尺寸、输入电容、功率等限制。结果重复的并联如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的ADC由于的亚稳压、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。
优点：模/数转换速度最高。
缺点：分辨率不高，功耗大，成本高。
4．压频变换型ADC
压频变换型ADC是间接型ADC，它先将输入模拟信号的电压转换成与其成正比的，然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数，计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。从理论上讲，这种ADC的分辨率可以无限增加，只要采用时间长到满足输出分辨率要求的累积脉冲个数的宽度即可。
优点：精度高、价格较低、功耗较低。
缺点：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100～300SPS。
5．∑-Δ型ADC
∑-Δ又称为过采样转换器，它采用增量即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。∑-Δ型ADC包括模拟∑-Δ调制器和数字抽取。∑-Δ调制器主要完成信号抽样及增量编码，它给数字抽取提供增量编码即∑-Δ码；数字抽取滤波器完成对∑-Δ码的抽取滤波，把增量编码转换成高分辨率的线性的。因此抽取实际上相当于一个码型变换器。
优点：分辨率较高，高达24位；转换速率高，高于积分型和压频变换型ADC；价格低；内部利用高倍频过采样技术，实现了，降低了对传感器信号进行滤波的要求。
缺点：高速∑-△型ADC的价格较高；在转换速率相同的条件下，比积分型和逐次逼近型ADC的功耗高。
6．流水线型ADC
ADC，又称为子区式ADC，它是一种高效和强大的。它能够提供高速、高分辨率的模数转换，并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸；经过合理的设计，还可以提供优异的动态特性。
流水线型ADC由若干级级联电路组成，每一级包括一个采样/保持放大器、一个低分辨率的ADC和DAC以及一个求和电路，其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的n位分成两段以上的子区（流水线）来完成。首级电路的采样/保持器对输入信号取样后先由一个m粗A/D对输入进行量化，接着用一个至少n位精度的乘积型数模转换器（MDAC）产生一个对应于量化结果的模/拟电平并送至求和电路，求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后，最后由一个较高精度的K位细A/D对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A/D的输出组合起来即构成高精度的n位输出。
优点：有良好的线性和低失调；可以同时对多个采样进行处理，有较高的速度，典型的为Tconv&100ns；低功率；高精度；高分辨率；可以简化电路。
缺点：基准电路和偏置结构过于复杂；输入信号需要经过特殊处理，以便穿过数级电路造成流水延迟；对锁存定时的要求严格；对电路工艺要求很高，电路板上设计得不合理会影响增益的线性、失调及其它参数。
，这种新型的ADC结构主要应用于对THD和SFDR及其它频域特性要求较高的通讯系统，对、和瞬态相应速度等时域特性要求较高的CCD成像系统，对时域和频域参数都要求较高的。
7.1.3 A/D件选型指南
A/D的品种繁多，性能各异，A/D的选择直接影响系统的性能。在确定设计方案后，首先需要明确A/D转换的需要的指标要求，包括数据精度、采样速率、信号范围等等。
1．确定A/D的位数
在选择A/D器件之前，需要明确设计所要达到的精度。精度是反映的实际输出接近理想输出的精确程度的物理量。在转化过程中，由于存在量化误差和系统误差，精度会有所损失。其中量化误差对于精度的影响是可计算的，它主要决定于A/D件的位数。A/D转换器件的位数可以用分辨率来表示。一般把8位以下的A/D称为低分辨率ADC，9~12位称为中分辨率ADC，13位以上为高分辨率。A/D器件的位数越高，分辨率越高，量化误差越小，能达到的精度越高。理论上可以通过增加A/D器件的位数，无止境提高系统的精度。但事实并非如此，由于A/D前端的电路也会有误差，它也同样制约着系统的精度。
，用A/D采集传感器提供的信号，传感器的精度会制约A/D采样的精度，经A/D采集后信号的精度不可能超过传感器输出信号的精度。设计时应当综合考虑系统需要的精度以及前端信号的精度。
2．选择A/D的转换速率
在不同的应用场合，对转换速率的要求是不同的，在相同的场合，精度要求不同，采样速率也会不同。采样速率主要由采样定理决定。确定了应用场合，就可以根据采集信号对象的特性，利用采样定理计算采样速率。如果采用，还必须进行过采样，提高采样速率。
3．判断是否需要采样/保持器
采样/保持器主要用于稳定信号量，实现平顶抽样。对于高频信号的采集，采样/保持器是非常必要的。如果采集直流或者低频信号，可以不需要采样保持器。
4．选择合适的量程
模拟信号的动态范围较大，有时还有可能出现负电压。在选择时，待测信号的动态范围最好在A/D器件的量程范围内。以减少额外的硬件付出。
5．选择合适的线形度
在A/D采集过程中，线形度越好。但是线形度越高，器件的价格也越高。当然，也可以通过软件补偿来减少非线性的影响。所以在设计时要综合考虑精度、价格、软件实现难度等因素。
6．选择A/D器件的
A/D器件的种类很多，有并行的，有SPI、I2C、等串行总线接口的。它们在原理和精度上相同，但是控制方法和电路会有很大差异。在上的选择，主要决定于系统要求、已经开发者对于各种接口的熟练程度。
7.1.4 数字逻辑信号的采集
通常需要采集的数字逻辑信号包括信号、逻辑编码信号。信号典型的应用包括测量电压，提供时间基准等。逻辑编码信号是个很广泛的概念，2014年有的传感器是数字型的，它输出的不是电流或电压，而直接是编码的逻辑信号，如温度传感器DS1820、各种、GPS OEM模块等。逻辑信号的采集主要考虑物力和通信协议。在有些书本中，也将其归类为通信技术。
模拟信号（英语：analog signal）是指在时域上数学形式为连续函数的信号。与模拟信号对应的是数字信号，后者采取分立的逻辑值，而前者可以取得连续值。模拟信号的概念常常在涉及电的领域中被使用，不过经典力学、气动力学（pneumatic）、水力学等学科有时也会使用模拟信号的概念。理论上，模拟信号的趋近无穷大。不过在实际情况中，模拟信号的分辨率常常会受和信号摆率（slew rate）的限制。因此，现实中的模拟信号和数字信号的分辨率和带宽都有一定的限制。在一些非常复杂的模拟系统中，诸如非线性问题和噪声等效应会降低模拟信号的分辨率，以至于此时它的分辨率甚至低于特定的数字信号系统。类似的，当数字系统变得复杂时，数字数据流里会产生错误。在实际的系统中，往往需要综合应用两种形式的信号，从而达使系统获得最好的工作性能。模拟信号的主要优点是其精确的分辨率，在理想情况下，它具有无穷大的分辨率。与相比，模拟信号的信息密度更高。由于不存在量化误差，它可以对自然界的真实值进行尽可能逼近的描述。
模拟信号的另一个优点是，当达到相同的效果，模拟信号处理比数字信号处理更简单。模拟信号的处理可以直接通过模拟电路组件（例如运算放大器等）实现，而数字信号处理往往涉及复杂的，甚至需要专门的数字信号处理器。模拟信号的主要缺点是它总是受到杂讯（信号中不希望得到的随机变化值）的影响。信号被多次复制，或进行长距离传输之后，这些随机噪声的影响可能会变得十分显著。在电学里，使用接地屏蔽（shield）、线路良好接触、使用同轴或，可以在一定程度上缓解这些负面效应。
噪声效应会使信号产生有损。有损后的模拟信号几乎不可能再次被还原，因为对所需信号的放大会同时对噪声信号进行放大。如果噪声频率与所需信号的频率差距较大，可以通过引入，过滤掉特定频率的噪声，但是这一方案只能尽可能地降低噪声的影响。因此，在噪声在作用下，虽然模拟信号理论上具有无穷分辨率，但并不一定比数字信号更加精确。
尽管数字信号处理算法相对复杂，但是现有的数字信号处理器可以快速地完成这一任务。另外，计算机等系统的逐渐普及，使得数字信号的传播、处理都变得更加方便。诸如照相机等设备都逐渐实现数字化，尽管它们最初必须以模拟信号的形式接收真实物理量的信息，最后都会通过模拟数字转换器转换为，以方便计算机进行处理，或通过互联网进行传输。利用信号的调变技术，可以将信号转换成所需要的不同性质的模拟信号。例如，可以对正弦载波进行调幅、来达到特殊的工作目的。[1]
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材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission, 简称AE) ，有时也称为应力波发射。外文名Acoustic Emission又&&&&称应力波发射
方法之一。
材料中局部区域应力集中，快速释放能量并产生瞬态弹性波的现声发射象称为声发射（Acoustic Emission，简称AE) ，有时也称为应力波发射。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，被称为其它或二次声发射源。 利用这种“应力波发射”进行的，具有其他无损检测方法无法替代的效果。声发射是一种常见的物理现象，各种材料声发射信号的频率范围很宽，从几Hz的次声频、20 Hz～20K Hz的声频到数MHz的超声频；声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术，人们将器形象地称为材料的听诊器。声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现象，尽管无法考证人声发射们何时首次听到声发射，但诸如折断树技、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑是人们最早听到的声发射信号。可以十分肯定地推断“锡呜”是人们首次观察到的金属中的声发射现象，因为纯锡在塑性形变期间机械孪晶产生可听得到的声发射，而铜和锡的冶炼可追溯到公元前3700年。现代的声发射技术的开始以Kaiser五十年代初在德国所作的研究工作为标志。他观察到铜、锌、铝、铅、锡、黄铜、铸铁和钢等金属和合金在形变过程中都有声发射现象。他最有意义的发现是材料形变声发射的不可逆效应即：“材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。人们称材料的这种不可逆现象为“Kaiser效应”。Kaiser同时提出了连续型和突发型声发射信号的概念。二十世纪五十年代末，美国人Schofield和Tatro经大量研究发现金属塑性形变的声发射主要由大量位错的运动所引起[1]，而且还得到一个重要的结论，即声发射主要是体积效应而不是表面效应。Tatro进行了导致声发射现象的物理机制方面的研究工作，首次提出声发射可以作为研究工程材料行为疑难问题的工具，并预言声发射在方面具有独特的潜在优势。二十世纪六十年代初，Green等人首先开始了声发射技术在领域方面的应用，Dunegan首次将声发射技术应用于压力容器方面的研究。在整个六十年代，美国和日本开始广泛地进行声发射的研究工作，人们除开展声发射现象的基础研究外，还将这一技术应用于材料工程和领域。美国于1967年成立了声发射工作组，日本于1969年成立了声发射协会。二十世纪七十年代初，Dunegan等人于开展了现代器的研制，他们把实验频率提高到100KHz-1MHz的范围内，这是声发射实验技术的重大进展，现代声发射仪器的研制成功为声发射技术从实验室的材料研究阶段走向在生产现场用于监视大型构件的结构完整性创造了条件。随着现代器的出现，整个七十年代和八十年代初人们从声发射源机制、波的传播到声发射信号分析方面开展了广泛和系统的深入研究工作。在生产现场也得到了广泛的应用，尤其在化工容器、核容器和焊接过程的控制方面取得了成功。Drouillard于1979年统计出版了1979年以前世界上发表的声发射论文目录，据他的统计，到1986年底世界上发表有关声发射的论文总数已超过5000篇。
里斯本大学（Universidade Técnica de Lisboa,Portugal），是葡萄牙最重要的教学和科研中心。其历史可追溯到1290年建立的中世纪里斯本大学。岩石力学、法律、医学等是该校的强项专业，很多岩石力学学科的知名教授同时也是国际岩石力学学会的常务委员。国际岩石力学学会（ISRM)是一个非政府性的国际学术组织，主要宗旨是促进国际岩石力学工作者的合作和学术交流。学会成立于1962年，总部设葡萄牙里斯本。国际岩石力学大会约四年召开一次。第一届大会于1966年在葡萄牙里斯本召开，第二、三届分别于1970年和1974年在南斯拉夫贝尔格莱德和美国丹佛召开。第四届大会在瑞士蒙特诺举行。各届大会间隔期间常召开国际专题讨论会或区域性会议。国际岩石力学学会会员资格有三种：国家团体会员、个人会员和赞助会员。所谓赞助会员主要提供经济资助。现该学会有国家团体会员32个，个人会员4380人，赞助会员130个。
北京声华兴业科技有限公司于2007年自主研发出USB2.0接口的多通道声发射检测仪，并于当年在美国加州第六届世界声发射会议和第十五届美国声发射会议上发布世界上第一台多通道USB2.0接口的声发射检测仪产品。极大的提高了器的数据通过率。
PXWAE于2006年底出口到葡萄牙里斯本大学，开创了国产声发射仪出口到欧美市场的先河，也标志着鹏翔科技的声发射产品性能质量处于国内领先水平，并达到了国际先进水平。
二十世纪八十年代初，美国PAC公司将现代微处理计算机技术引入声发射检测系统，设计出了体积和重量较小的第二代源定位声发射检测仪器，并开发了一系列多功能高级检测和数据分析软件，通过微处理计算机控制，可以对被检测进行实时声发射源定位监测和数据分析显示。由于第二代器体积和重量小易携带，从而推动了八十年代声发射技术进行现场检测的广泛应用，另一方面，由于采用286及更高级的微处理机和多功能检测分析软件，仪器采集和处理声发射信号的速度大幅度提高，仪器的信息巨大，从而提高了的声发射源定位功能和缺陷检测准确率。
进入九十年代，美国PAC公司、美国DW公司、德国Vallen Systeme公司和中国的北京声华兴业科技有限公司先后分别开发生产了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，这些系统除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。中国于二十世纪七十年代初首先开展了金属和复合材料的声发射特性研究，八十年代中期声发射技术在压力容器和金属结构的检测方面得到应用。发射检测仪已在制造、、金属材料、复合材料、磁声发射、岩石、过程监测、压力容器、飞机等领域开展了广泛的应用。
中国于1978年在中国学会成立了声发射专业委员会，并于1979年在黄山召开了第一届全国声发射学术会议，已固定每两年召开一次学术会议，已召开了十一届。声发射检测的原理如图1.1所示，从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料的表面，引起可以用探测的表面位移，这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。固体材料中内应力的变化产生声发射信号，在材料加工、处理和使用过程中有很多因素能引起内应力的变化，如位错运动、孪生、裂纹萌生与扩展、断裂、无扩散型相变、磁畴壁运动、热胀冷缩、外加负荷的变化等等。人们根据观察到的声发射信号进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
图1.1 声发射检测原理方框图
声发射检测的主要目的是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。一般而言，对超标声发射源，要用其它方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。检测的主要目标：　　1、确定声发射源的部位　　2、鉴别声发射源的类型　　3、确定声发射发生的时间或载荷　　4、评定声发射源的严重性　　一般而言，对超标声发射源，要用其他方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。声发射检测方法在许多方面不同于其它常规方法，其优点主要表现为：
（1） 声发射是一种被动的动态检验方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是象超声或射线探伤方法一样由仪器提供；（2） 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号；
（3） 在一次试验过程中，声发射检验能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态；
（4） 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量而变化的实时或连续信息，因而适用于工业过程在线监控及早期或临近破坏预报；（5） 由于对被检件的接近要求不高，而适于其它方法难于或不能接近环境下的检测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒等环境；（6） 对于在役压力容器的定期检验，声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产；
（7） 对于压力容器的耐压试验，声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力；
（8） 由于对的几何形状不敏感，而适于检测其它方法受到限制的形状复杂的构件。
由于声发射检测是一种动态检测方法，而且探测的是机械波，因此具有如下的特点：
（1） 声发射特性对材料甚为敏感，又易受到机电噪声的干扰，因而，对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场检测经验；
（2） 声发射检测，一般需要适当的加载程序。多数情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要特作准备；
（3） 声发射检测只能给出声发射源的部位、活性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小，仍需依赖于其它方法进行复验。
表1 声发射检测方法和其它常规方法的特点对比
声发射检测方法
其它常规无损检测方法
缺陷的增长/活动
缺陷的存在
与作用应力有关
与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
对材料的敏感性较差
对几何形状的敏感性较差
对几何形状的敏感性较高
需要进入被检对象的要求较少
需要进入被检对象的要求较多
进行整体监测
进行局部扫描
主要问题：噪声、解释
主要问题：接近、几何形状
人们已将声发射技术广泛应用于许多领域，主要包括以下方面：低温容器、球形容器、柱型容器、高温反应器、塔器、换热器和管线的检测和结构完整性评价，常压贮罐的底部泄漏检测，阀门的泄漏检测，埋地管道的泄漏检测，腐蚀状态的实事探测，海洋平台的结构完整性监测和海岸管道内部存在砂子的探测。变压器局部放电的检测，蒸汽管道的检测和连续监测，阀门蒸汽损失的定量测试，高压容器和汽包的检测，蒸汽管线的连续泄漏监测，锅炉泄漏的监测，汽轮机叶片的检测，汽轮机轴承运行状况的监测。复合材料、增强塑料、陶瓷材料和金属材料等的性能测试，材料的断裂试验，金属和合金材料的疲劳试验及腐蚀监测，高强钢的氢脆监测，材料的摩擦测试，铁磁性材料的磁声发射测试等。楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝的检测，水泥结构裂纹开裂和扩展的连续监视等。航空器的时效试验，航空器新型材料的进货检验，完整结构或航空器的疲声发射劳试验，机翼蒙皮下的腐蚀探测，飞机起落架的原位监测，发动机叶片和直升机叶片的检测，航空器的在线连续监测，飞机壳体的断裂探测，航空器的验证性试验，直升机齿轮箱变速的过程监测，航天飞机燃料箱和爆炸螺栓的检测，航天火箭发射架结构的验证性试验。工具磨损和断裂的探测，打磨轮或整形装置与工件接触的探测，修理整形的验证，金属加工过程的质量控制，焊接过程监测，振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。长管拖车、公路和铁路槽车的检测和缺陷定位，铁路材料和结构的裂纹探测，桥梁和隧道的结构完整性检测，卡车和火车滚珠轴承和轴颈轴承的状态监测，火车车轮和轴承的断裂探测。硬盘的干扰探测，带压瓶的完整性检测，庄稼和树木的干旱应力监测，磨损摩擦监测，岩石探测，地质和地震上的应用，发动机的状态监测，转动机械的在线过程监测，钢轧辊的裂纹探测，汽车轴承强化过程的监测，铸造过程监测，Li/MnO2电池的充放电监测，人骨头的摩擦、受力和破坏特性试验，骨关节状况的监测。据估计，中国约有60多个科研院所、大专院校和专业检验单位在各个部门和领域从事声发射技术的研究、检测应用、仪器开发、制造和销售工作，从业人员200多人。在人员培训方面，已有5人以上以的有关研究内容为论文题目获得博士学位，有50多人获得硕士学位。在检测人员资格认可方面，航天工业人员资格考试委员会自九十年代末至今已培训II声发射级检验人员30多人，国家质量监督检验检疫总局锅炉、压力容器、压力管道和特种设备无损检测人员资格考试委员会于2002年已培训II级检验人员80多人。
在仪器制造和销售方面，国内主要有长沙鹏翔科技有限公司、北京声华兴业科技有限公司、科海恒生公司和沈阳电子所等，科海恒生公司制造和销售2—32通道CFAE-2001系列的参数式多通道器，长沙鹏翔公司制造和销售数字化全波形声发射检测系统（PXWAE），沈阳电子所主要制造和销售2—8通道的多通道声发射仪。另外一些单位针对具体设备的工程检测，基于声发射技术的原理研制出具有单一功能的专用检测仪器，这些仪器主要包括轴承故障检测仪、阀门泄漏检测仪（沈阳电子所）、高压变压器局部放电检测仪（沈阳变压器厂和北京电力科学研究院）、摩擦声发射检测仪（北京航空航天大学）、声发射燃条燃速测试仪（航天总公司44所）、高精度声发射装置（国防科技大学）以及刀具破损监测仪等。
在现有器设备的保有量方面，截止到2003年年底有32通道及以上的仪器20多台，8到24通道的仪器40多台，1到4通道的仪器100多台。
全国学会声发射专业委员会适合中国国情，和中文在线帮助。
通用性：仪器主频带宽能够满足所有领域的声发射研究及检验要求。应用范围有：压力容器和管道检验、飞行器和桥梁、地上储罐罐体和罐底检测、金属和增强塑料、复合材料、岩石和陶瓷、电器产品放电定位、疲劳测试等。
全数字 、全波形：该系统能够同时采集参数和波形，也可以只采集声发射参数和声发射波形。通过箱前面板上的开关，可以很方便地对这两种采集方式进行转换或叠加。
与计算机任意组合：通过一个PCI通讯卡，可将该系统与市场上的台式计算机或带有Docking工业站的笔记本相连接使用。这样使得器可以随计算机的升级而随意升级成为现实。
高速声发射及传输能力：每个声发射通道的采集速度为15000Hits/秒，波形为5000个/秒（10M/秒采样率）传输速度为每秒30000Hits和2.5M波形。
多种组合：AMSY-5可以通过1.5米的电缆与外接任何商用计算、（PCI总线为2.2版本）以及带有Docking站或有PCI卡扩充坞的笔记本计算机连接，一台计算机或可以同时控制4个PCI（ASyC）卡，而每个PCI（ASyC）卡可以同时控制4台器并进行工作。将8台器串联起来（36个通道）可以组成一个254通道的大型声发射仪器。
系统可以任意扩充。从1-37个通道可以任意扩充（即可以一个通道一个通道增加）还能够与21通道的扩展箱相连接，成为一个57通道器。每一个通道有一个独立的电路板，并且有很好的金属屏蔽，因此，能够非常有效地避免电磁干扰和大地环流，尤其是能够有效地避免相临通道之间的互扰，从而使电磁噪音降低到15dB。
可靠性高：德国VALLEN公司有9年多研制和生产这种声发射板的经验，生产的通道总数已经超过2000个，因此，其性能已经非常稳定和可靠。
先进的声发射软件：AMSY5声发射软件是在当今流行的Windows平台上开发的软件，无论是在检测过程中还是在事后数据分析都表现出其强大的功能。即适合于现场检验也适合于实验室的研究应用，即有传统的数据又有现代的波形，统计分析、定位计算、堆积统计、信号模式自动识别、小波分析等等功能强大的采集、分析软件应有尽有。无论是进行声发射常规的检验，还是对未知领域进行可靠性研究，AMSY5都是最佳的选择。可以实时显示出各种类型图表。包括定位图，历程图、关系图、分布图、三维图、波形图、频谱图等及数据列表等。用户可以随意选择一个或多个类型的图表在上显示， 图表类型任意更换、添加、删除。每组图形都可以通过缩放功能使其全屏显示。各个图表能相互关联、相互对应，当用鼠标点击某一个声发射源时，可同时在其他相应的图表中显示该信号的波形图、频谱分析图及其在数据列表中的参数。它是世界上唯一能够将声发射参数、波形、定位源、相关图及加载一一对应起来的软件，为分析声发射数据提供了一个非常方便的工具，使得检测人员和研究人员真正从数据分析的繁重的劳动中解脱出来。
AMSY5在进行监测时，传感器的布置不拘泥于传统的等腰三角形、正方形等规则的图形，其传感器可以根据实际情况任意布置，不受形状的限制。在事后数据分析时， 该软件利用其特有的定位精度修正功能将声发射源位置每两个相临的传感器进行一次计算，使所有计算结果重合在一起，从而避免了由于结构等原因使声速发生变化造成的定位偏差。
AMSY5具备传感器自动检查功能：声发射主机发射1-400V的脉冲，对探头的耦合状况和声速进行评价，可通过软件或前面板的开关执行标定功能。2010年11月，德国VALLEN公司推出AMSY-6型声发射仪器，是全数字，全波形化声发射仪器，采用高速USB2.0通讯接口，最新的电子元件和核心元器件，如FPGA、CPU、MCU等数字电路。
AMSY-6声发射软件是在当今流行的Windows平台上开发的软件，并紧随Windows操作系统，2011年5月，分析软件可以在WIN7、XP、Vista（32或64位）环境下运行。声发射采集可加入电压、压力等多种外界参数并利用AMSY-5同时采集，综合分析。
音频监测装置：仪器可在接收到声发射信号时发出声音提示，并可以调整扬声器的音量和灵敏度。
前部面板：通过前部面板的LED指示灯，可直观的得出很多有用的系统信息。如电源开关、直流电状态、阈值、前放是否连接、标定模式、是否可记录等。
仪器具有自动诊断功能，软件能够自动诊断仪器故障、等，并可自动生成诊断报告。
器完全按照欧洲标准EN473进行生产，并获得ATEX安全认证和ISO质量体系认证。
一、主机箱：包含数字化声发射采集和分析单元
单相电压：100/240V AC 50/60 Hz；
运行环境：温度： +0℃—+40℃； 湿度： 20% - 90%，不结露；
自动标定脉冲高达400 VPP 可手动调节或通过软件调节；
喇叭可提示声发射信号，可选择一个通道或所有通道；
参数计数器PCTD（对于时钟、复位等数字输入），TTL，0-100kHz时钟；
前面板开关：AE参数记录能/不能转换，TR波形记录能/不能转换；
前面板LED显示：AC开、DC开、AE参数无、TR波形无、外接参数无、运行显示、报警显示、信号满显示、长信号显示等。
后面板非常牢靠的接口：电源、保险输入、保险输出、ASyC板进出接口、外接参数及报警输入接口，所有进出线缆防静电达15Kv；
有2、4、8个外接参数输入，16位精度。可输入压力、温度、载荷等任何与产生声发射有关的参数，将这些与声发射参数对应显示和分析，以便找出声发射与外界影响的关系。
扩展箱E20可以和任何通道的AMSY-5连接，或者任意两台AMSY-5主机都可以连接，仅仅通过两个电缆。：
主机箱M37　 可以插入37个声发射通道
几何尺寸：宽47cm、高28cm、深50cm
重 　 量：37个通道全部插满为34kg
主机箱M16 可以插入16个声发射通道
几何尺寸：宽47cm、高15.5cm、深50cm
重 　 量：16个通道全部插满为19kg
主机箱M6 可以插入6个声发射通道
几何尺寸：宽25.5cm、高15.5cm、深38cm
重 　 量：6个通道全部插满为10kg
扩展箱E20 使AMSY-5主机箱增加1-20个通道
几何尺寸：47 cm 宽、 15.5 cm 高、 50 cm 深
重 　 量：20个通道全部插满为 20kg性能概述
器的实质就是计算机控制的，通用数据采集系统的技术指标也适用器，即数据采集单元与计算机的通讯方式、数据通过率、最大采样速率、采样精度等。
最大采样率
举例说明：
ΔA=1-cos（2πt/T ）→ΔA=1-cos（πf/s)
ΔA为测量幅度误差；T=1/f（T被测信号的周期，f为被测）；t=T/2n（t为波形峰值偏离实际信号峰值的最大偏离时间），n=s/f（s为最大采样率），那么t=1/2s
以声发射检测的上限频率400KHz为例，按上述（1）计算得到不同采样速度对应的信号幅度测量误差.上图第一个周期为10倍频率即4M采样率下重构波形（蓝色），右侧周期为2M采样率下的重构波形（红色），可以很明显看出理论最大误差的区别。400KHz正弦信号对应各种采样率的幅度误差计算结果如下表，采样率3M时误差为0.7854dB,5M时0.2772dB，10M时0.06876dB等：
表2：不同采样速度对应的信号幅度测量误差（400KHz）
幅度误差（dB）A(dB)=20lgΔA
幅度误差（电压值）（100为标准幅度值）ΔA=cos（π×f/s)
10-3.09017
10-8.09017
10-8.76307
10-9.13545
10-9.68583
10-9.92115
10-9.98027
10-9.99123
10-9.99507
如按一般的信号采集电压精度不大于5%的要求（电压值）作为标准来看，从上表可得出采样率大于等于5MSPS即可满足。10MSPS的误差是0.06876dB已小于0.1dB,40MSPS的误差是0.00429dB，对于大多数测量0.1dB误差和0.004dB的误差已经没有实际意义。考虑到采样率高会导致数据大量增加，丢失数据的可能性增加以及更高的采购价格等，对于400KHz信号频率的科研应用选用10MSPS采样率就能充分满足。
有效提取有意义信号在很多应用场合是成功应用的关键。特别是有意义信号淹没或混杂在各种频率幅度的噪声信号中。配合实时FFT功能的实时是有效提取有意义信号的有效工具之一。测试实时的方法可人工产生多种频率的信号，测试对某窄频带信号能否有效提取和抑制。滤波器应可对波形和实时声发射参数同时或单一数据有效，这样既可直观看到滤波器的波形和参数滤波效果，又可在实际时不采集大数量波形仅对声发射参数有效。
数据通过率
声发射仪器不同于通用数据采集系统在于硬件实时声发射参数提取。这是因为普通计算机与数据采集外设系统的数据通过率不能满足声发射信号大数据量波形数据不丢失传输。例如，最大采样速度为10M，采样精度16位，通道数8，则波形数据量为10M*2*8=160MB/s，远远大于计算机与外设之间的理论数据通过率，USB2.0为60MB/s（480Mbps），PCI为132MB/s，因此会导致大量数据丢失。实际数据通过率更是远小于理论数据通过率，各声发射仪器厂商宣称的为USB2.0为40MB/s，PCI为20MB/s，对上例情况10M 16位 8通道波形数据通过率仅为25%（USB2.0）和12. 5%（PCI）。但很多声发射应用要求不允许任一时间段的信号丢失，例如裂纹开裂瞬间信号丢失就是漏检等。这也是为什么主要声发射仪器厂商都要在数据采集单元对大数据量波形数据进行连续实时信号处理提取转换成为小数据量的声发射参数数据后再传送到计算机，保证任何时间段信号不丢失或少丢失。因此声发射仪器特有（不同于通用数据采集系统）的重要技术指标为实时连续声发射参数通过率和声发射参数分析显示。
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