声发射传感器是声发射信号拾取的关键部件，主要用于检测微弱的声发射信号，将信号变为系统可以识别的电信号，送入前置放大器中进一步放大。一般要求声发射传感器灵敏度要高、频带尽量宽，以利于检测到微弱的宽频带范围的声发射信号。

前置放大器置于传感器附近，传感器的输出信号先经过它放大后再经过长电缆传送到主机。其作用如下：

1）为高阻抗的传感器与低阻抗的传输电缆之间提供匹配，以减少信号衰减。

2）通过放大微弱的输入信号抑制电缆噪声，以提高信号的信噪比。

3）提供频率滤波。前置放大器可以内置于传感器内和内置于数据采集系统，如无线声发射采集模块／手持声发射系统等，也可独立外置于传感器和数据采集处理系统之间由电缆连接。

数据采集处理系统一般会集成多个采集卡，每个采集卡会有多个独立通道，采集卡根据采样频率通常会有40MHz、10MHz、5MHz等不同的规格型号，根据采样精度通常会有18bit、16bit等不同的规格型号。

记录与显示单元通常由计算机加专用声发射软件组成，计算机选用笔记本电脑或台式机，软件实现信号采集、数据处理、数据重放和显示，具有声发射特征参数提取、波形采集和显示、定位分析和频谱分析等功能，方便材料及构件的性能分析研究。

微机控制式多通道系统如图9所示，采用多处理器并行处理结构，由高速采集用传感器／前置放大器、独立采集用独立通道控制器、协调用总通道控制器、数据分析用主计算机构成。

图9 微机控制式多通道系统

独立通道控制器分别控制着两个独立信号通道，进行撞击参数组的测量，包括撞击与振铃计数、能量、幅度、持续时间、上升时间、有效值电压、平均信号电平和到达时间等常规参数，并快速存储于大容量输出缓冲器。缓冲器在前端高速测量与后续低速主处理器之间进行速率匹配，以防止主机丢失高频度信号数据。由于采用并行处理结构，在不降低采集速度的情况下，可扩展达数十个检测通道，原理上可扩展达128个通道。

总通道控制器具有容量更大的缓冲器，并在前端与主机之间起着协调作用，它将所读撞击参数组和外变量，以及每个撞击到达传感器的次序，逐个供给主机并存于硬盘。由于采用全局定时法，在每个通道的每个撞击的数据集中，都包含着精度为0．25μs的到达传感器的绝对时间，而不是时差。这种数据结构为检测人员事后任意选择其他定位软件提供了机会。

计算机可采用IBM兼容机，在各种软件的支持下，可实现实时或事后的分析与显示。软件的功能包括：①实时数据采集，包括条件设置、转存和显示方式选择；②源定位，包括一维、二维定位及事件集中区显示；③事后分析，包括数据滤波和编程功能；④三维图显示；⑤在附件支持下的波形记录与谱分析。

以美国物理声学PAC公司的多通道SAMOS声发射探测系统为例，如图10所示，该系统是全数字化系统，其核心是并行处理PCI总线的声发射功能卡PCI－8板，在一块板上具有8个通道的实时声发射特征提取、波形采集及处理的能力。技术性能指标如下：

1）直接集成于计算机PCI总线结构的、每卡8个通道的声发射系统。

2）每个通道具有至少4个高通及4个低通硬件滤波器，并可通过软件选择带宽组合。

3）每个通道具有独立的脉冲发生器以实现传感器的自动测试。

4）在声发射卡上有2个外参数输入通道。

5）每一通道具有内置的平方（Square）信号处理组件以实现真实能量与方均根（RMS）特征抽取。

6）系统为数字化，是16位A－D高分辨率系统。

7）系统的采样率为3 MSample／s。

8）系统的频率范围为1～400 kHz。

9）系统的动态范围不小于82dB。

10）系统输入电压范围为±10V。

11）系统配置数字化的I／O端口，具有输入控制和报警输出功能。

12）声发射探测系统可进行声发射特征、波形及外参数输入的实时同步采集与特征提取。

13）系统具有一体化的、基于Windows系统的同步声发射采集、特征抽取与信号分析软件（如可同步实现声发射及外参数特征抽取、波形采集、实时图形显示、FFT、定位、聚类分析和数字逻辑滤波等）。

14）系统提供LabView和C＋＋ 驱动程序，方便用户进行二次开发。

图10 多通道SAMOS声发射探测系统

2．基于光纤传输的声发射监测系统

传统的声发射检测方法将声发射信号通过电缆传输，但电缆具有传输距离有限、易受干扰等缺点，使得传统的声发射监测系统无法满足远距离监测的要求。为此，设计基于光纤传输的装备局部损伤声发射监测系统，它主要由声发射传感器阵列、声发射预处理子系统、光纤传输子系统和声发射监测软件子系统等组成，如图11所示。该系统克服了传统声发射监测系统的缺点，实现了声发射信号的远距离传输，具有抗干扰能力强、信号传输距离远等特点。

图11 基于光纤传输的局部损伤声发射监测系统

声发射传感器阵列由声发射传感器和阵列固定装置组成，主要用于检测微弱的声发射信号，将信号变为系统可识别的电信号。

光纤声发射预处理子系统实现采集信号的数据处理功能。由于声发射传感器采集的信号比较微弱，首先对其进行放大、滤波等处理，然后将模拟信号转换为数字信号，由FPGA控制完成实时声发射特征提取及波形采集。由于输出的数据是USB协议的，为了保证光纤传输子系统的模块化和通用性，将其输入设计为RJ45协议形式，因此光纤声发射数据采集模块还负责将USB协议的信号转换为RJ45协议形式，为信号的传输做准备。

光纤声发射传输子系统输出的光信号通过该系统的光纤进行长距离传输，接收到的微弱光信号经过光电解调模块还原为电信号，送至计算机进行数据分析和处理。光纤声发射传输子系统主要由RJ45接口和隔离变压器、光电介质电路、光收发电路、电源和配置四部分组成，系统结构如图12所示。其工作原理为：从RJ45非屏蔽双绞线铜缆连接器的3和6脚引入以太网的数据，经过耦合滤波电路对信号进行滤波，然后将信号送到光电介质电路中，光电介质电路翻译或重定格式数据，完成一个电平转换，信号被传送到光收发电路中，光收发电路再把数据发送到光缆中，同时数据经过光纤传到另一个光收发电路中，进行与上面相反的工作，随后通过RJ45接口传出数据，这样就完成了数据的光纤传输。

图12 光纤声发射传输子系统结构

光纤声发射监测软件包括参数设置模块、数据采集模块和数据分析模块，主要完成对声发射监测信号的采集、处理、显示和存储等，直观展现装备的局部损伤状况。