信号调节：线性放大器、对数放大器和频率滤波器

1.放大器

（1）前置放大器前置放大器是声发射检测系统的第一级放大器，分为独立式前置放大器和内置式前置放大器两种。

1）前置放大器的主要作用和功能包括：①为高阻抗传感器与低阻抗传输电缆之间提供匹配，以防信号衰减；②通过放大微弱的输入信号，以改善与电缆噪声有关的信噪比；③通过差动放大，降低由传感器及其电缆引进的共模电噪声；④提供频率滤波器。

2）前置放大器的主要性能参数包括：①增益，通常提供40dB固定增益。有的还备有0dB、10dB、20dB和60dB等可选增益，以适应不同的用途；②频率范围，放大器本身可提供较宽的频率范围，通常约为0.002～1MHz。然而，实际频宽取决于滤波器的选择，包括低通、高通和带通滤波器；③噪声，噪声水平取决于晶体管的性能、放大器频宽、输入阻抗和环境温度。其中，频宽为主要的影响因素，而频率范围越宽噪声水平就越高，因而噪声水平只有在同一频宽下比较才有意义；④动态范围，一般用前置放大器的最大输出信号幅度对输出噪声幅度之差表示。为适用于宽的信号幅度范围，放大器的动态范围应尽可能大，一般检测应用的动态范围需求为80dB。

（2）主放大器主放大器主要存在于传统模拟式声发射系统主信号处理器中，是为后续信号特征的提取提供信号的进一步放大，在现代的全数字化检测系统中已没有主放大器了。主放大器主要由缓冲放大器、线性放大器、对数放大器等组成。一般线性放大器为程控放大器，其放大倍数多为从10倍到1000倍变化，放大后的信号主要用来提取声发射计数、波形及波形包络等；而对数放大器主要是为了提取信号峰值幅度。

（3）增益增益是表征放大器性能的重要参数之一，增益可用线性放大倍数值或放大倍数的对数值表示。用放大倍数的对数值表示的增益也称为分贝增益，单位为dB，其计算公式如下

式中dB_G——分贝增益；

V_out——输出电压；

V_in——输入电压；(www.xing528.com)

注：式中输入、输出电压应采用相同的单位。

2.滤波器

（1）频率滤波器频率滤波器一般存在于声发射检测系统的前置放大器和主处理器中，主要用来排除噪声和限定检测系统工作频率范围。频率滤波器结构形式主要包括插件式和编程式两类。在现代仪器中，前置放大器中的滤波器多为可互换的插件式滤波器，主信号处理器中的滤波器多为编程式滤波器。频率滤波器的主要类型和功能见表3.1-4。

表3.1-4 频率滤波器的主要类型和功能

选择频率滤波器频带时，应在噪声和传播衰减之间应适当作折中考虑。例如，机械噪声的频率成分多集中在100kHz以下，而传播衰减则约从400kHz起变得很大，从而限制着可监视范围。因此，在多数应用中，优先采用100～400kHz的带通滤波器。但对高衰减材料的检测，则可采用100kHz以下的高通滤波器。

（2）参数滤波器参数滤波器可以实现对声发射信号特征参数进行滤波的功能，其主要作用是用来排除噪声并限定声发射信号特征范围。参数滤波器可分为前端硬件参数滤波器和软件参数滤波器两种。硬件参数滤波器又称前端滤波器，一般为编程式硬件结构，位于主信号处理器中，只能在声发射检测的实时过程中对声发射撞击信号进行滤波。由于满足滤波条件的撞击信号不能保存为试验数据，因而选择滤波器的具体参数应十分谨慎。

软件滤波器是以软件功能模块的形式存在于数据处理软件平台内，以独立菜单或功能的形式存在。例如，一种软件滤波器可以对试验采集的原始数据文件进行滤波处理，形成新的数据文件，对新数据文件的重放即可得到滤波后的数据结果，这种滤波器仅可以在事后使用。还有一种软件滤波器称为图形滤波器，它在某个图形结果显示时起作用，即应用了该滤波器的图形仅对不满足该滤波器的数据进行显示。该滤波器的使用不会形成新的数据文件，并且可以在试验采集的实时过程中或者事后数据处理时使用。

（3）时差滤波器时差滤波器是在时差定位阵列中，对时差范围进行限制的一种滤波器，它采用软件功能模块的方式存在于数据处理平台内。只有满足该滤波器所限定的时差范围的信号才能形成声发射定位事件。这种滤波器经常在线定位阵列中应用，可以人为设定所关心的数据窗口，这样可以排除一些噪声的干扰，有目的的采集并分析所限定的材料局部来的声发射信号。