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1 聲發射檢測系統

　　聲發射技術是根據結構內部發出的應力波，判斷結構內部損傷程度的一種有效的動態無損檢測技術。

　　從對車輛懸掛系統進行動態無損檢測的要求出發，為了節約成本，我們自行研制了一套聲發射檢測系統。系統框圖如圖1所示。

　　聲發射傳感器輸出的信號為電荷信號，一般低至微伏數量級，這樣微弱的信號，若經過長距離傳輸，信噪比必然降低。因此靠近傳感器部分要設置前置電路，將信號提高30～60dB。聲發射傳感器的輸出阻抗較高，要求前置放大器具有阻抗匹配的功能，具備抗電沖擊的保護能力和阻塞現象的恢復能力，并須具有比較大的輸出動態范圍。

　　在聲發射檢測工作中，為了避免噪聲的影響，必須有帶通濾波器單元，用以選擇合適的“頻率窗口”。濾波器的工作頻率根據環境噪聲及材料本身聲發射信號的頻率特性來確定。若系統的工作頻率為f，需要確定頻率窗口的寬度，即相對帶寬Δf/f。若Δf/f太寬，易于引入外界噪聲，失去了濾波作用；若Δf/f太窄，檢測到的聲發射信號太少，降低了檢測靈敏度。因此一般采用Δf=±(0.1～0.2)f。此外，在確定濾波器的工作頻率時，應注意濾波器的通頻帶要與換能器的諧振頻率相匹配。

　　本文中選用的聲發射傳感器工作頻率為120kHz，因此，設計一個工作頻率為120kHz±10kHz，增益為35dB的有源帶通濾波器即可滿足使用要求。

2  基于ispPAC可編程器件的前置電路設計

　　可編程模擬電路的開發軟件PAC Designer中含有一個宏，專門用于濾波器的設計，只要輸入f0、Q等參數，即可自動產生雙二階濾波器電路，設置增益和相應的電容值。開發軟件中還有一個模擬器，用于模擬濾波器的幅頻和相頻特性。圖2為在ispPAC的開發軟件PAC Designer圖形設計輸入環境下，設計的有源帶通濾波器電路。圖3、圖4為幅頻和相頻特性仿真結果。

　　根據聲發射測試系統的要求，設計的ispPAC10器件輸出信號分為兩路，一路為濾波后的聲發射信號(V01)，另一路經過差分檢波電路檢波，輸出檢波后的聲發射包絡信號(V02)。

　　前置電路模塊外圍電路如圖5所示。電路中，R1起阻抗匹配作用；C1、C2為旁路電容，主要用來消除ispPAC10器件內部的軟開關噪聲，防止電路產生自激，起去耦作用；C4、C5、D1、D2、C6及R2構成差分檢波電路，ispPAC10器件13、14腳輸出的差分信號經過C4、C5電容耦合，通過D1、D2進行檢波后，輸出檢波后的聲發射包絡信號(V02)，其中，C6、R2起濾波作用。14腳輸出的差分信號為濾波后的信號，可作為聲發射信號(V01)直接輸出。

　　經過測試和仿真，前置電路的實際指標為：通頻帶為119kHz±8kHz，增益為33dB，衰減大于每倍頻程24dB，完全滿足使用要求。

　　3結論

　　ispPAC在系統可編程模擬電路非常適用于儀表測量系統，它的引入代替了傳統的運算放大器和有源濾波器等模擬電路，改變了傳統的設計思路。基于ispPAC在系統可編程模擬電路開發的聲發射前置電路，與傳統的檢測電路相比具有許多顯著優勢：

　　(1)電路實現了單芯片小型化設計，系統集成度和可靠性得以提高；(2)易設計，低成本；(3)全差分輸入輸出方式，極大地減小了電路共模干擾，改善了測試質量；(4)實現了在系統軟件編程，方便了電路的改型和升級，縮短了研制開發周期。