|
ex » 2 '11И1 Ссопр ’ где RBX входное сопротивление усилителя, fmin минимальная регистрируемая частота, Спр собственная емкость преобразователя. На рис. 3.18 приведена схема, используемая в приборе АФС-5. Полевые транзисторы на входе обеспечивают минимальный уровень шумов первого каскада, которые в основном определяют шумовые характеристики усилителя. Предусилитель имеет два усилительных каскада и эмиттерный повторитель на выходе и обеспечивает коэффициент усиления К 100 при высоком входном Rbx« 0,5МОм и низком выходной ( Ивых « 200 Ом) сопротивлениях в диапазоне частот 20 КГц-1 МГц. Приведенное ко входу среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя во всей рабочей полосе частот не превышает 3,7 мкВ. В аппаратуре для измерения параметров акустической эмиссии датчик с предварительным усилителем соединяют обычно при помощи коаксиального кабеля длиной 1м и более. При этом, кроме неизбежного появления электромагнитных наводок, происходит шунтирование полезного сигнала преобразователя емкостью кабеля. Это становится особенно существенным при работе в диапазоне низких частот регистрации сигналов МАШ, так как при этом невелика собственная емкость пьезоэлемента преобразователя, невелика из-за сравнительно большой толщины пьезопластины. Экспериментально исследовано влияние емкости кабеля на соотношение сигнал/шум при регистрации МАШ резонансным преобразователем. Активный элемент преобразователя представлял собой диск диаметром 12 мм и толщиной 10 мм, изготовленный из пьезокерамики ЦТС-19. Главный резонанс преобразователя лежал в области частот 120-130 кГц. Эксперимент заключался в измерении максимума огибающей среднеквадратичных значений сигналов МАШ при увеличении входной 93 |
конструкционных сталей [27,42,43,91], и позволяет надежно отстроиться отj гармоник частоты перемагничивания. Сужение рабочей полосы частот путем конструирования более узкополосного преобразователя с соответствующей фильтрацией сигнала в электронном канале обработки сигнала уменьшает уровень шумов предварительного усилителя и увеличивает чувствительность недемфированного пьезоэлемента.С другой стороны уменьшается и энергия полезного сигнала, что необходимо учитывать при проектировании системы. В качестве чувствительных элементов преобразователей АЭ в настоящее время наиболее часто используют различные пьезокерамики (табл. 3.1.) Широкое распространение получили керамики на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС). Такие пьезоэлементы обладают большими пьезомодулями и значительной диэлектрической проницаемостью. Как видно из табл. 3. 1, с точки зрения чувствительности наиболее предпочтительно использовать керамики ЦТС-19, ЦТС-23 и ЦТБС-3. Данные материалы имеют также большие диэлектрические проницаемости, что важно для получения максимально возможной собственной емкости пьезоэлемента. На рис.3.31 приведены два примера типичных конструкций преобразователей для регистрации сигналов МАШ. Корпус датчика в конструкции на рис. 3.31а защищает активный элемент от механических повреждений и экранирует токосъемные элементы от электромагнитных помех. В другой конструкции датчика (рис. 3. 316) корпус не имеет дна и активный элемент в ней защищен слоем эпоксидного компаунда. Предварительный усилитель предназначен для усиления сигналов преобразователя до уровня, достаточного для работы анализирующей аппаратуры. Основные требования, предъявляемые к предусилителю: минимально возможный уровень собственных шумов во всей ширине полосы пропускания и большое входное сопротивление RBX при малой входной емкости, при этом должно выполняться 1 ^ в х 2 Tiin сопр ? где RBX входное сопротивление усилителя, fmjn минимальная регистрируемая частота, Спр собственная емкость преобразователя. На рис. 3.32 приведена схема, используемая в приборе АФС-5. Полевые транзисторы на входе обеспечивают минимальный уровень шумов первого каскада, которые в основном определяют шумовые характеристики усилителя. Предусилитель имеет два усилительных каскада и эмиттерный повторитель на выходе и обеспечивает коэффициент усиления К = 100 при высоком входном Rbx * 0,5МОм и низком выходном ( RBbix * 200 Ом) сопротивлениях в диапазоне частот 20 КГц 1 МГц. Приведенное ко входу среднеквадратичное значение собственных шумов усилителя во всей рабочей полосе частот не превышает 3,7 мкВ. 147 В аппаратуре для измерения параметров акустической эмиссии датчик с предварительным усилителем соединяют обычно при помощи коаксиального кабеля длиной 1м и более. При этом, кроме неизбежного появления электромагнитных наводок, происходит шунтирование полезного сигнала преобразователя емкостью кабеля. Это становится особенно существенным при работе в диапазоне низких частот регистрации сигналов МАШ,так как при этом невелика собственная емкость пьезоэлемента преобразователя, невелика из-за сравнительно большой толщины пьезопластины. Экспериментально исследовано влияние емкости кабеля на соотношение сигнал/шум при регистрации МАШ резонансным преобразователем [120]. Активный элемент преобразователя представлял собой диск диаметром 12 мм и толщиной 10 мм, изготовленный из пьезокерамики ЦТС-19. Главный резонанс преобразователя лежал в области частот 120-130 кГц. Эксперимент заключался в измерении максимума огибающей среднеквадратичных значений сигналов МАШ при увеличении входной емкости предусилителя, совмещенного с преобразователем. Сигналы МАШ возбуждаются при перемагничивании пластины из никеля с помощью приставного электромагнита, питающегося периодическим линейно изменяющимся током с частотой 5 Гц при амплитуде 0,5 А. Результаты эксперимента представлены на рис. 3.33, где по оси абсцисс отложена входная емкость предусилителя С, а по оси ординат относительное уменьшение ДА амплитуды огибающей среднеквадратичных значений сигналов МАШ: ДА =[(Л А е)!Ао\* 100%, где А0 амплитуда огибающей при С=0, Ас соответствующая амплитуда при заданном значении входной емкости усилителя. Из графика видно, что входная емкость в ЮОпФ снижает амплитуду огибающей почти вдвое. Таким образом, при емкости кабеля 100 пФ/м и при его длине 1 м из-за шунтирования полезного сигнала соотношение сигнал/шум на выходе предусилителя уменьшится примерно в два раза. Хотя полученные результаты относятся к описанному преобразователю, характер таких зависимостей существенно не изменится и при других размерах пьезоэлемента датчика, если их резонансные частоты близки к выбранной в эксперименте. Уменьшение отношения сигнал/шум можно избежать, если совместить преобразователь с предварительным усилителем в одном корпусе, благодаря чему уменьшится также влияние электромагнитных наводок. Вариант конструкции датчика, совмещенного с предусилителем представлен на рис. 3.34 и использован в комплекте преобразователей прибора АФС-5 (рис. 3.56). 148 |