聲發(fā)射檢測儀器系統(tǒng)

信號電纜
從前置放大器到聲發(fā)射檢測儀主體，往往需要很長的信號傳輸線和前置放大器的供電電纜，在前置放大器和主放大器也需要進行信號傳輸，通常需要采用信號電纜實現(xiàn)。信號電纜包括同軸電纜、雙絞電纜和光導(dǎo)纖維電纜。
4.1.1 同軸電纜
??? 同軸電纜是由一根空心的外圓柱導(dǎo)體和一根位于中心軸線的內(nèi)導(dǎo)線組成，內(nèi)導(dǎo)線和圓柱導(dǎo)體及外界之間用絕緣材料隔開。根據(jù)傳輸頻帶的不同，可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜兩種類型：
??? 基帶：數(shù)字信號，信號占整個信道，同一時間內(nèi)能傳送一種信號。
??? 寬帶：可傳送不同頻率的信號。
??? 廣泛使用的同軸電纜有兩種：一種為50Ω(指沿電纜導(dǎo)體各點的電磁電壓對電流之比) 同軸電纜，用于數(shù)字信號的傳輸，即基帶同軸電纜；另一種為75Ω同軸電纜，用于寬帶模擬信號的傳輸，即寬帶同軸電纜。同軸電纜以單根銅導(dǎo)線為內(nèi)芯，外裹一層絕緣材料，外覆密集網(wǎng)狀導(dǎo)體，最外面是一層保護性塑料。金屬屏蔽層能將磁場反射回中心導(dǎo)體，同時也使中心導(dǎo)體免受外界干擾，故同軸電纜比雙絞線具有更高的帶寬和更好的噪聲抑制特性。
同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。聲發(fā)射儀器中使用的同軸電纜為高質(zhì)量的75Ω或50Ω同軸電纜用于傳感器與前置放大器之間和前置放大器與主放大器之間的模擬聲發(fā)射信號傳輸。有時采用耐高溫的同軸電纜用于傳感器與前置放大器之間信號傳輸?shù)挚贡粶y物體上的高溫。
由于聲發(fā)射信號幅度值通常很小，傳感器輸出端一般不超過100毫伏，為避免過大的信號衰減和信噪比降低，同軸電纜的應(yīng)用一般不超過100米。
主要電氣參數(shù)：
??? (1)同軸電纜的特性阻抗 同軸電纜的平均特性阻抗為50±2Ω,沿單根同軸電纜的阻抗的周期性變化為正弦波,中心平均值±3Ω,其長度小于2米。
(2)同軸電纜的衰減 一般指500米長的電纜段的衰減值。當(dāng)用10MHz的正弦波進行測量時,它的值不超過8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波進行測量時,它的值不超過6.0db(12db/公里)。
(3)同軸電纜的傳播速度 需要的最低傳播速度為0.77C(C為光速)。
(4)同軸電纜直流回路電阻 電纜的中心導(dǎo)體的電阻與屏蔽層的電阻之和不超過10毫歐/米(在20Ω下測量)。
4.1.2 雙絞電纜
雙絞電纜(TP)：將一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中，為了降低信號的干擾程度，電纜中的每一對雙絞線一般是由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互扭繞而成，也因此把它稱為雙絞線。雙絞線是現(xiàn)在最普通的傳輸介質(zhì)，它由兩條相互絕緣的銅線組成，典型直徑為1毫米。兩根線絞接在一起是為了防止其電磁感應(yīng)在鄰近線對中產(chǎn)生干擾信號。
雙絞線分為分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。
目前市面上出售的UTP分為3類，4類，5類和超5類四種：
3類：傳輸速率支持10Mbps，外層保護膠皮較薄，皮上注有“cat3”；
4類：網(wǎng)絡(luò)中不常用；
5類（超5類）：傳輸速率支持100Mbps或10Mbps，外層保護膠皮較厚，皮上注有“cat5”；
超5類雙絞線在傳送信號時比普通5類雙絞線的衰減更小，抗干擾能力更強，在100M網(wǎng)絡(luò)中，受干擾程度只有普通5類線的1/4，目前較少應(yīng)用。
屏蔽式雙絞線具有一個金屬甲套(sheath)，對電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference)具有較強的抵抗能力。
聲發(fā)射儀器中僅用雙絞電纜傳輸數(shù)字信號，如采用前端數(shù)字化的聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。
4.1.3 光導(dǎo)纖維電纜
光導(dǎo)纖維電纜是由一組光導(dǎo)纖維組成的用來傳播光束的、細小而柔韌的傳輸介質(zhì)。應(yīng)用光學(xué)原理，由光發(fā)送機產(chǎn)生光束，將電信號變?yōu)楣庑盘?，再把光信號?dǎo)入光纖，在另一端由光接收機接收光纖上傳來的光信號，并把它變?yōu)殡娦盘?，?jīng)解碼后再處理。與其它傳輸介質(zhì)比較，光纖的電磁絕緣性能好、信號衰減小、頻帶寬、傳輸速度快、傳輸距離大。主要用于要求傳輸距離大于100米的聲發(fā)射應(yīng)用。
光纖為圓柱狀，由3個同心部分組成——纖芯、包層和護套，每一路光纖包括兩根，一根接收，一根發(fā)送。用光纖作為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的LAN技術(shù)主要是光纖分布式數(shù)據(jù)接口(Fiber－optic Data Distributed Interface，F(xiàn)DDI)。與同軸電纜比較，光纖可提供極寬的頻帶且功率損耗小、傳輸距離長(2公里以上)、傳輸率高(可達數(shù)千Mbps)、抗干擾性強(不會受到電子監(jiān)聽)，是構(gòu)建安全性網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。
由于光纖傳輸相對同軸電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩端需要光電編碼器和解碼器，目前應(yīng)用較少，但有可能成為需要長距離傳輸聲發(fā)射信號的最佳選擇。
4.1.4 電纜中的噪音問題
電子設(shè)備中噪聲有從信號電纜和電源電纜上產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲和空間輻射的輻射噪聲兩大類。這兩大類中有分為共模噪聲和差模噪聲兩種。差模傳導(dǎo)噪聲是電子設(shè)備內(nèi)噪聲電壓產(chǎn)生的與電源電流或信號電流相同路徑的噪聲電流，如圖4.1所示。減小這

種噪聲的方法是在電源線和信號線上串聯(lián)電感（差模扼流圈）、并聯(lián)電容或用電感和電容組成低通濾波器，減小高頻的噪聲，如圖4.2所示。