相關知識
檢測裝置的設計應滿足能zui大限度的提取車床切削信息，根據(jù)對切削的基礎理論分析并從實驗上證明切削聲發(fā)射寬帶特性，其能量主要分布在50k～200kHz的頻段上，或者認為在這個頻率段上攜帶的有效信息是相當豐富的。

據(jù)Shannon采樣定理，確定數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率fs大于400kHz即可，實際一般應選擇大于500 KHz以避免頻譜的混疊。在進行數(shù)據(jù)采樣前還應使用一截止頻率小于fs/2的低通濾波器。此外要求探頭和放大器在50k～200kHz頻段有平坦的幅頻響應、探頭的靈敏度和穩(wěn)定性能滿足工程環(huán)境的要求。上述即為車床切削聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的基本設計要求。

設計要求的檢測裝置首先是一個數(shù)字化的儀器，并充分利用了計算機強大的處理功能。另外對由于工業(yè)化和標準化的高速數(shù)據(jù)總線的出現(xiàn)，如GPIB、488、PCI、PXI、VXI等，使儀器技術跨入了一個嶄新的階段，這就是虛擬儀器技術。我們選擇系統(tǒng)硬件設計的思路與傳統(tǒng)聲發(fā)射儀器不同，這可以大大節(jié)省整個硬件的設計和調試的時間，同時硬件設計和實現(xiàn)可利用成熟的技術和板卡，所以裝置的硬件實現(xiàn)的周期的非常短。這體現(xiàn)了虛擬儀器設計和實現(xiàn)的優(yōu)點，整個裝置設計的重點將是軟件模塊的設計和調整。只要滿足上節(jié)的硬件基本要求，就可以構成整個硬件系統(tǒng)。

系統(tǒng)組成

聲發(fā)射傳感器
根據(jù)以上分析，選用瑞士奇石樂儀器公司生產(chǎn)的8152Bx2x型聲發(fā)射傳感器。由外殼、壓電陶瓷敏感元件和內裝阻抗變換器組成。敏感元件安裝在鋼質膜片上，其結構決定了傳感器的靈敏度和頻響特性。焊在殼體內的膜片耦合表面稍微凸出，使其在一定的安裝力作用下受壓，從而與測量表面形成穩(wěn)定的、重復性好的傳遞聲發(fā)射的耦合。設計上對敏感元件與傳感器外殼之間的聲隔離進行了精心處理，外界噪聲對傳感器無影響。
8152B型聲發(fā)射傳感器的體積很小，易于安裝在接近聲發(fā)射源處，以便*的拾取信號，從而可以測量機械結構中因微小缺陷產(chǎn)生的聲發(fā)射信號。它對表面波（瑞利波）和縱波在很寬的頻率范圍內有很高的靈敏度，其頻率范圍是100-900 kHz，見圖1。
                 

圖1  8152Bx2x聲發(fā)射傳感器

耦合器
耦合器選用瑞士奇石樂儀器公司生產(chǎn)的5125B（圖）。它帶有內裝均方值轉換器和極限開關，是專門設計用于處理聲發(fā)射傳感器的高頻聲發(fā)射信號。它既用于向傳感器供電，同時處理聲發(fā)射信號。放大器的增益可設置為1’（20dB）或10’（40dB）。其后兩個二階串聯(lián)濾波器設計為插入式元件，濾波器類型（高通或低通）如同頻率范圍一樣可自由選擇，高、低通濾波器串連后即形成帶通濾波器。均方值轉換器的積分時間常數(shù)也可自由選擇。信號輸出是通過一個8芯圓形插座:兩個模擬輸出信號即濾波后的聲發(fā)射信號和均方值聲發(fā)射信號，還有一個數(shù)字輸出信號（極限開關），可供工業(yè)生產(chǎn)設備和機床加工過程的監(jiān)控。
     

         圖2  5125B耦合器外觀圖

高速數(shù)據(jù)采集卡
本項目選用德國SPECTRUM儀器公司生產(chǎn)的M2i.3120型2通道12位高速采集卡。zui大采樣速率為10MS/s，具有標準的32位PCI接口，完夠滿足系統(tǒng)的采樣要求?？梢允褂肰C++或LabVIEW等多種語言對其進行編程。
               
圖3 M2i.3120高速數(shù)據(jù)采集卡

軟件平臺
軟件采用DEWETRON公司提供的DEWEsoft軟件，它能很好的支持SPECTRUM系列數(shù)據(jù)采集卡，用于構成瞬態(tài)記錄儀和PC示波器系統(tǒng)。它的DAQ模塊對應動態(tài)信號的單通道輸入，比如電壓、電流、應變、壓力、振動、頻率等等；采集的數(shù)據(jù)能實時的顯示、直接保存到硬盤、打印或直接導出到后處理軟件。