电源信号分离器、声发射信号采集分离系统及方法与流程

本发明涉及声发射信号采集分离领域，尤其涉及电源信号分离器、声发射信号采集分离系统及方法。

背景技术：

在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，传感器作为测试系统的最前端设备，在整个测试系统中发挥着重要作用。电气设备作为电力系统中的枢纽，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。在对电气设备检测的过程中，不光需要对电信号测量，同样要求对如变压器这样主要电气设备的振动信号和声信号进行测量，因此要求通过对部分拥有新技术的传感器的使用，来实现对此类信号的测试要求。

随着声发射领域的不断成熟，声发射技术在传感器上也逐渐得到了利用与体现。常见的声发射传感器，如sri40一体化声发射传感器，工作的频率范围为15khz到70khz，其传感器接触面采用陶瓷材料使外壳与被测物电磁隔离，属于压电陶瓷传感器中的一种，该传感器的连线简单，携带方便，且广泛应用在工程检测、系统集成等领域。一般的采用陶瓷材料的压电传感器即具备测量设备振动信号的功能，且一般只有两根外接线，即是正负电源供电线，正极供电线兼具有输出信号的功能。它本身具有体积小、结构简单、重量轻、使用寿命长等优点，在振动和冲击测量中普遍使用。压电陶瓷传感器的主要工作原理是正压电效应，当压电传感器中的压电陶瓷承受被测机械应力的作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷，测试系统对这一电荷进行放大，然后转换成振动物理量。

由于压电陶瓷传感器的信号输出与正极供电线是同一根传输线，因此对于此类传感器一般需要通过电源信号分离器实现供电与信号的分离，配合电源信号分离器一同使用。目前市场上常见的电源信号分离器只能实现一个信号的分离与输出，多个振动信号的同时输出需要接入多个电源信号分离器。并且，目前的电源信号分离器都需要外接额外的电源适配器的情况下才能够供电，即电源信号分离器的使用存在一定区域范围要求，超过该电源供电区域，信号分离器无法工作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电源信号分离器、声发射信号采集分离系统及方法，能够较好的克服现有技术的不足，可通过一个电源信号分离器实现多路信号电源的分离，并且在条件受限时无需外接电源工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

电源信号分离器，其特征在于：包括电绝缘壳体，稳压模块，电池模块和多通道信号分离芯片板，其中：

壳体上设有多对前放电源端口和信号输出端口，以及充/供电接口及开关；

充/供电接口、电池模块通过同一供电线路电连接多通道信号分离芯片板上的电源接入点，所述供电线路中设有控制电路启闭的开关及将多通道信号分离芯片板输入电压稳定在设定范围内的稳压模块；

多通道信号分离芯片板上并列设置多组相互独立的电源信号分离电路，电源信号分离电路之间电隔离；每组电源信号分离电路中分别包括一对低通滤波器和高通滤波器，低通滤波器输入端分别与电源接入点电连接，低通滤波器输出端分别与前放电源端口和高通滤波器输入端电连接，高通滤波器输出端与信号输出端口电连接。

电源信号分离器配合声发射传感器、声发射前置放大器一同使用，由于声发射传感器仅有两根外接线，即为正负两极的供电线路，其中正极的供电线路兼具有输出信号的功能，因此导致声发射传感器输出的信号中包含有24v的偏置电压，通过此电源信号分离器可将每个输入信号中的24v偏置电压去掉，只留下信号再输入到后续的信号采集装置中，将信号储存或分析。

改进后的电源信号分离器中兼具多对前放电源端口和信号输出端口，以及多个电源信号分离电路构成的多通道信号分离芯片板，可以实现多个信号的同时输入，依次满足分离信号功能，并消除偏置电压后再将分离后的信号同时输出。由于多通道信号分离芯片板上的电源信号分离电路并不彼此相连，而是出于分离的状态，因此多个信号输入之间并不会相互干涉或受到影响，且多个电源信号分离电路能同时运行，因此改进后的电源信号分离电路可实现多个信号分离的工作。

由于改进后的电源信号分离器内设有电池模块，因此其本身即可实现对自身装置的供电，不必完全依赖外部供电对声发射传感器、声发射前置放大器供电，不再受供电范围的限制，更加便捷、实用。同时，该装置也包含有可进行外部充电的充/供电接口，可在外部通电或内部供电两种供电模式之间灵活切换，提高了装置运行的灵活性。

进一步的，所述前放电源端口和信号输出端口，分两排分别并列布置在壳体两侧，每排前放电源端口和信号输出端口之间分别对应设有一块多通道信号分离芯片板，电池模块设于两块多通道信号分离芯片板之间。该布置结构不仅能够提供尽可能多的电源信号分离通道，而且布局紧凑，充分利用了壳体内部空间，同时兼顾了电池模块散热。

进一步的，所述壳体上还设有用于显示电池模块剩余电量的电量指示器，电量指示器与电池模块电连接。便于随时掌握电池模块的剩余电量，在电量不足时及时充电。

进一步的，所述低通滤波器为低通截止频率28.4hz的rc滤波器。有效阻止从电源输入的高频噪声信号进入前放电源端口，将前放电源端口输出的电压稳定在24v，适配目前大多数的声发射传感器、声发射前置放大器。

进一步的，所述高通滤波器为高通截止频率10.6hz的rc滤波器，有效阻断低频以及直流信号进入信号输出端口，适配后端的多通道同步信号采集器

进一步的，所述电池模块为24v锂电池，同样与目前市场上的主流声发射信号采集分离装置相匹配。

进一步的，所述前放电源端口和信号输出端口均为bnc接口，充/供电接口为dc接口，与目前目前市场上的主流声发射信号采集分离装置相匹配。

一种声发射信号采集分离系统，其特征在于：包括如上任一电源信号分离器，还包括若干个集成了声发射前置放大器的声发射传感器和/或若干组声发射前置放大器和声发射传感器，以及多通道同步信号采集器和显示终端；

电源信号分离器的每个前放电源端口上分别连接一个集成了声发射前置放大器的声发射传感器或一组声发射前置放大器和声发射传感器；

电源信号分离器的每个信号输出端口分别连接多通道同步信号采集器的多个信号输入端，信号采集器的信号输出端连接显示终端。

一种使用上述电源信号分离器的方法，包括：

作为电源信号分离器使用时：

第一步，将电源信号分离器的多个前放电源端口作为信号输入端，分成连接集成了声发射前置放大器的多个声发射传感器的供电端，或者，顺次连接前放电源端口、声发射前置放大器和声发射传感器，保证每个声发射传感器正极输出的信号独立输入到电源信号分离器中，同时为声发射前置放大器正常供电；

第二步，将电源信号分离器的多个信号输出端口分别连接多通道同步信号采集器的多个信号输入端，再将信号采集器的信号输出端连接显示终端；

第三步，打开电源信号分离器的开关，无外部电源时，直接由电源信号分离器的电池模块向声发射前置放大器、声发射传感器供电，有外部电源时，将外部电源连接电源信号分离器的充/供电接口，由外部电源向声发射前置放大器、声发射传感器供电，并在必要时，由外部电源向电池模块充电；

第四步，多通道同步信号采集器将多个声发射传感器输出的信号分别独立收集并传输到显示终端上，以便在显示终端上浏览波形；

作为低压移动电源使用时：

必要时，将电源信号分离器的充/供电接口直新接连接用电器，作为移动电源使用。

本发明的有益效果在于：

1、能够在一个电源信号分离器同时实现多路电源信号的分离，无需外接多个电源信号分离器，便于携带，占用空间小；

2、可在外接电源和内部电源之间灵活切换，不受使用区域范围限制；

3、制作工艺简单，易于实施，接线方便；

4、功能多样，除用于电源信号分离外，在需要时还可以作为24v直流移动电源使用。

附图说明

图1为声发射信号采集分离系统的电路连接结构框图(仅示意电路连接，未示意布置结构)

图2为电源信号分离电路连接结构框图

图3为电源信号分离器立体外形图

图4为电源信号分离器正视内部结构图(仅示意布置结构，未示意电路连接)

图5为图4的正视剖示图

图6为多通道信号分离芯片板电路布置示意图

图3～5中：1为壳体，2为稳压模块，3为电池，4为多通道信号分离芯片板，5为前放电源端口，6为信号输出端口，7为充/供电接口，8为开关，9为电量指示器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图3～5所示的电源信号分离器，包括呈扁盒形的电绝缘壳体1，以及设于壳体1内的稳压模块2，电池模块3，多通道信号分离芯片板4，外露于壳体1外的多对前放电源端口5和信号输出端口6，充/供电接口7及开关8和电量指示器9。

如图3～6所示的实施例中，前放电源端口5和信号输出端口6数量为16对，分两排、每排各8个分别并列布置在壳体1两侧，前放电源端口5和信号输出端口6均为bnc接口。每排前放电源端口5和信号输出端口6之间分别对应设有一块多通道信号分离芯片板4，每块多通道信号分离芯片板4上并列设置8组相互独立的电源信号分离电路，电源信号分离电路之间电隔离；每块多通道信号分离芯片板4即可实现8个通道的信号分离。两块多通道信号分离芯片板4两侧的输入、输出通道分别与前放电源端口5和信号输出端口6焊接在一起，保证信号由传输线正常输出到信号分离器中，实现信号分离功能后再将分离后的信号输出到其他系统中。

电池模块3设于两块多通道信号分离芯片板4之间，电池模块3为24v锂电池。24v可充电式锂电池能满足该仪器正常运行时的供电需求，使得该电源信号分离器变得更加便携，避免了由于必须使用外部供电产生的区域限制问题。同时，在装置外部设置的充/供电接口7，充/供电接口7为dc接口，支持的充电范围是5-36v，也可通过采用外部供电的方式满足装置的用电需求，或者在需要时为电池模块3充电。

充/供电接口7、电池模块3通过同一供电线路电连接多通道信号分离芯片板4上的电源接入点，供电线路中设有控制电路启闭的开关8及将多通道信号分离芯片板4输入电压稳定在设定范围内的稳压模块2。电量指示器9用于显示电池模块3剩余电量，电量指示器9与电池模块3电连接。

多通道信号分离芯片板4是为能够实现多通道信号同时分离功能的主要内部结构，如图6所示。在该芯片板上，由8组逻辑相同的电源信号分离电路同步并列存布置，可对8个通道的信号同时实现信号分离功能。在多通道信号分离芯片板4正下方设有两个电源接入点，其中右侧圆形处是接地电源点，左侧方形处是正极电源接入点，8组电源信号分离电路共用两个电源接入点供电，保证电路的正常运行。

如图1所示实施例中，多通道信号分离芯片板上的每组电源信号分离电路中分别包括一对低通滤波器和高通滤波器，低通滤波器输入端分别与电源接入点电连接，低通滤波器输出端分别与前放电源端口5和高通滤波器输入端电连接，高通滤波器输出端与信号输出端口6电连接。

每组电源信号分离电路的电路图具体结构如图2所示。低通滤波器为低通截止频率28.4hz的rc滤波器，包括电阻r1：560ω、电容c2：10uf，高通滤波器为高通截止频率10.6hz的rc滤波器，包括电阻r2：6.8kω、电容c1：2.2uf。截止频率计算公式如下：

f＝1/(2πrc)

稳压模块2作为中间元件，将电池模块3、外部电源的开关8和多通道信号分离芯片板4相连，配合24v锂电池一同使用，使得输出电压维持24v稳定不变，保证为声发射传感器/声发射前置放大器供电的可靠性。

该实施例中的电源信号分离器可同时支持高达16通道的的信号处理，可实现数量范围在1-16间内任何数量信号的同时输出。

如图1所示的声发射信号采集分离系统，包括电源信号分离器，若干个集成了声发射前置放大器的声发射传感器和/或若干组声发射前置放大器和声发射传感器，以及多通道同步信号采集器和显示终端；

电源信号分离器的每个前放电源端口5上分别连接一个集成了声发射前置放大器的声发射传感器或一组声发射前置放大器和声发射传感器；

电源信号分离器的每个信号输出端口6分别连接多通道同步信号采集器的多个信号输入端，信号采集器的信号输出端连接显示终端，如电脑。

作为电源信号分离器使用时：

第一步，将电源信号分离器的多个前放电源端口5作为信号输入端，分成连接集成了声发射前置放大器的多个声发射传感器的供电端，或者，顺次连接前放电源端口5、声发射前置放大器和声发射传感器，保证每个声发射传感器正极输出的信号独立输入到电源信号分离器中，同时为声发射前置放大器正常供电；

第二步，将电源信号分离器的多个信号输出端口6分别连接多通道同步信号采集器的多个信号输入端，再将信号采集器的信号输出端连接显示终端；

第三步，打开电源信号分离器的开关8，无外部电源时，直接由电源信号分离器的电池模块3向声发射前置放大器、声发射传感器供电，有外部电源时，将外部电源连接电源信号分离器的充/供电接口7，由外部电源向声发射前置放大器、声发射传感器供电，并在必要时，由外部电源向电池模块3充电；

第四步，多通道同步信号采集器将多个声发射传感器输出的信号分别独立收集并传输到显示终端上，以便在显示终端上浏览波形；

作为低压移动电源使用时：必要时，将电源信号分离器的充/供电接口7直新接连接用电器，作为24v直流移动电源使用。