摘要：本文介紹了聲發射儀的種類、技術指標的含義及對性能的影響，提出了比較選擇聲發射儀的一般思路和技術考慮，對于正確分析聲發射儀的性能有一定的借鑒意義。
關鍵詞：聲發射 ADC 波形分析 參數分析
1 引言
　　聲發射檢測作為一種逐漸成熟的無損檢測技術得到越來越多的應用，而進行聲發射檢測、監測和研究就需要聲發射儀。聲發射儀具有較高的技術含量，非專業儀器公司自己開發存在諸多困難，一般做聲發射檢測、監測和研究工作都選擇直接采購商品化的聲發射儀器。
　　在市場上的聲發射儀器有多種，每個廠家都給出了很多技術指標、參數。由于這些參數比較專業，給參與決策選擇的技術人員造成了一定的困難，常常有無從下手之感。筆者多年從事聲發射檢測和儀器開發研究，將自己對各個指標、參數（不考慮價格因素）的理解整理成文，希望拋磚引玉，不當之處請不吝賜教。
2 聲發射儀的種類
2．1聲發射儀的分類方法有多種，按照采集信號通道數的多少可以分為單通道和多通道。
　　單通道聲發射儀只有1個通道，主要用于對單點或者小區域的檢測、監測等，一般無法完成對信號源位置的定位。2通道或更多通道的聲發射儀稱為多通道聲發射儀。前者可以完成對較大區域的檢測、監測，可完成在線狀區域內聲發射信號源的定位；3通道聲發射儀器除可完成上述功能外，還可以完成三角區域和線狀區域內聲發射信號源的定位；超過3個則可以完成更大區域內信號源的檢測、監測及對上述區域內的聲發射信號源的多種算法的定位。儀器制造廠一般都配有依據上述定位算法的分析、顯示軟件，對球形、柱形等特定外形的設備，有的制造廠開發了更為直觀的定位分析軟件。
　　選擇購買單通道還是多通道，或具體多少個通道，需要根據特定的需求進行選擇?？紤]的因素有：待測設備的材質（影響頻率、聲速和衰減）、待測設備的最大幾何尺寸、幾何形狀、需要的定位類型等。幾何尺寸大、材質衰減大、形狀特殊的檢測應用需要的通道數就多，反之就少。一般在鋼材中，聲發射信號可以接收的傳播距離在5m內為宜，超過此長度應考慮增加通道數。而狹長的設備，例如長管拖車則需要考慮定位類型，一般采用線定位時就可以減少所需要的通道數。
　　另外，在采購時可考慮比需要的通道數多1～2個通道，作為備用通道用。
2．2按照聲發射信號所采用的技術，可分為以模擬電路為主的模擬式聲發射儀和以數字電路為主的數字電路式聲發射儀。
　　模擬式聲發射儀投用歷史較長，技術相對成熟、儀器相對穩定和可靠、操作軟件簡單、便于學習等優點。但這類儀器存在著溫度漂移大、易受干擾、功耗大、重量大、體積大等缺點。數字儀器一般采用CPLD、FPGA、DSP等技術，由于模擬電路較少所以其整體體積較小、重量輕、功耗低、溫漂影響小。但是，由于在數字聲發射儀的處理軟件上疊加了許多功能，功能強大；但學習相對困難，對于工程檢測反而麻煩了不少。另外，這類設備投用歷史相對較短，對其可靠性、穩定性等要多加注意，由于采用了許多新技術，處理不好反而易出問題。
　　需要說明的是，沒有真正意義上的全數字聲發射儀。因為自然界的信號都是連續的（宏觀而言），所以，即使最為理想的情況是將傳感器來的信號直接予以模擬-數字轉換（ADC），也需要要模擬電路（ADC本身就應歸為模擬電路）；而一般在傳感器之后還要加前置放大器、信號調理電路等，所以根本不可能是全數字化儀器。而一般意義上的全數字聲發射儀指其除了ADC和信號調理電路外，不再有其它影響參數和波形的模擬電路而已！
2．3 按照信號的處理方式，可以將聲發射儀分為參數式聲發射儀、直接波形式聲發射儀和參數-波形式聲發射儀。
2．3．1 參數式聲發射儀是目前使用范圍最廣、應用時間最長的聲發射儀，其分析方法也被大多數業內人士認可，分析方法比較成熟，操作簡單，大多數多通道聲發射儀都是這類儀器。參數聲發射儀是指在信號處理通道的電路中，借助模擬或者數字電路將聲發射信號直接處理成一定意義的參數數據，然后再送到計算機進行顯示、分析、處理和保存的儀器。這種儀器一般需要設置門檻（閾值）、HDT（撞擊定義時間），有的需要設置增益、PDT、HLT等。由于參數數據的數據量少，所以對聲發射信號的實時響應能力強、數據流量小、對計算機的顯示、分析、數據存儲等能力的要求低，一般計算機均可滿足要求，無論PCI總線、ISA總線等均可，同時，參數式儀器丟失信號的幾率相對低。由于電路直接生成參數數據，無法傳遞波形，所以喪失了更多的有效信息。但就一般檢測工程而言，參數采集可以滿足大多數應用，而如果進行聲發射信號分析和應用研究則參數式儀器有一定的局限性。
2．3．2 直接波形式聲發射儀器是指將聲發射信號進行A/D轉換，然后將此波形數據直接傳遞到計算機，由計算機再進行參數提取、顯示、分析、數據存儲等工作。在滿足實時性的前提下無疑這是最為理想的儀器，因為這樣一般的采集卡即可滿足需要，價格將非常低廉。但是，在目前電子設計技術和計算機技術下，少數通道的直接波形采集和分析是可以滿足實時性要求的；但是當通道數多、ADC的轉換頻率高、分析功能復雜時，實時性難以得到保證，勢必存在丟失部分信號的可能，所以在選擇時需要引起重視。為了達到高的數據傳輸速度、快的分析和計算時間，一般直接波形式聲發射儀需要很高的計算機配置。
　　以目前大多數計算機支持的32位、33MPS的PCI總線為例，其數據傳遞的最大理論速度為132MB/S（字節/秒），實際受計算機系統設計水平、計算機操作系統采用非實時性操作系統、采集軟件驅動設計水平、系統其它軟件引入的延時等的影響，一般達到100MB/S已經是實際可看到幾乎最高的采集速度了。而計算機系統除了進行數據采集外還進行參數數據提取、數據分析、存儲、參數顯示、波形顯示等操作，再考慮系統多個采集卡之間切換的相互影響，整個系統的總體速度一般在60MB/S已經相當不錯了。我們假定每個信號通道的采集速度為5MS/S（也記為MSPS--Mega-Sapmles Per Seconds，百萬次采樣每秒），考慮ADC的位數為12位以上，則每個通道的數據流速度為10MB/S（假定不做實時壓縮處理）。顯然，整個系統只能保證5MS/S的采集速度下6個信號通道的實時采集。上述估計已經假定在單位時間內聲發射撞擊的數量不多，不至于使得計算機寫硬盤的時間過長而影響采集的速度。因此，對于通道數多、實時性要求很高、不需要波形數據的場合，似不宜選擇直接波形式的聲發射儀。
2．3．3 參數-波形式聲發射儀綜合了參數式和直接波形式聲發射儀各自的特點，在保證參數數據實時性的同時，在系統允許的情況下傳遞一定數量的波形。這種儀器首先在每個信號通道的處理電路中，一般通過設置門檻，直接生成部分或者全部參數數據，同時，保留部分或者全部波形數據，一般是過門檻后一定長度的波形數據。由于其照顧了參數數據的實時性要求且波形只取一定長度，所以，筆者這是在實時性和全波形之間的較好的折衷，一般認為，只要設計得當，此類儀器可滿足大多數的應用需求。其缺點是由于兼顧波形和參數數據，電路稍微復雜些，成本也會增加一些；由于照顧了參數數據，波形數據在單位時間內聲發射撞擊數多時，仍然存在丟失部分的波形數據的問題；由于保存部分過門檻波形，可能會喪失部分有意義的細