声发射采样率与采样精度的意义与选择

单位时间AD转换的数据点数

通常为每1M至40M个AD转换数据点。采样速率越高所采数据失真越小，同时单位时间数据量会越大，因此也导致丢失数据增多。所以应针对信号频率选用合适的采样速率。

以400KHz的正弦信号为例子说明采样率和理论采样误差的关系：

ΔA=1-cos(2πt/T )→ΔA=1-cos(πf/s)

ΔA为测量幅度误差；

T=1/f（T被测信号的周期，f为被测信号频率）；

t=T/2n（t为重构波形峰值偏离实际信号峰值的偏离时间），

n=s/f（s为采样率）

采集400kHz的信号时幅度误差值在采样率高于10MSPS后差异已经不大，可以此为依据选择具有相对合理的采样率的声发射仪。

对于岩石检测其检测频率多在几十K,实际5M采样率即足够了,实际检测中一般设置在2M以下.

• 采样精度的概念

采样精度即采样分辨率，对于声发射设备来说通常为16bit或18bit，即对采集到的波形数据幅度按2的16次方或2的18次方的数来分辨测量。

以输入量程为±10V信号为例：

16bit： 20V/216≈305μV（100mV 0.3%)

18bit： 20V/218≈76μV(100mV 0.076%)

• 采样精度的意义

采样精度决定了记录信号的动态范围，比如8位、16位。8位可以把声波分成256，16位可以把同样的波分成65,536的信号。可以想象，位数越高，声音的保真度越高。

　　它反映度量波形幅度的精度。例如，每个波形样本用16位(2字节)表示，测得的信号样本值是在0～65536的范围里，它的精度就是输入信号的1/65536。样本位数的大小影响到波形的质量，位数越多，波形的质量越高，而需要的存储空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。

观念上大家都认为采集卡的采样精度越高其性能越好，理论上讲确实如此。但实际结合到某一类设备上来看这种越高越好并不是无止境的，例如声发射目有16位与18位两种。刚一看大家多会认为18位的好于16位的，而单从价格上来讲也确实是18位的高于16位的。真的如此么，就此问题我们可通过简单的计算来判别。

所谓的16位、18位精度就是同样的信号在计算系统中被放置的空间，这个空间就是个2进值的小格子。这样看采样精度高则采集的数据精度也越高，比如声发射的信号幅度是±10V范围，但这是经过放大的，实际传感器输出的±100mv，对于16位系统其精度应为(200mv/2¹⁶),即3微伏，对于18位的同理计算得0.75微伏。很显然是18位精度高。但实际上声发射系统精度并不是单一的采集卡精度决定的，还受到传感器的可分辨信号及系统电气噪声的影响。一般声发射传感器的小输出也在几十微伏，另外系统作为电气设备本身就存有噪声，一般国外PCI设备标称噪声在15dB以上（5.6微伏），这样来看对于16位精度已经足够了，而18位就没有意义了。另外在实际应用中环境噪声也需考虑，一般检测与试验门限都要设在在30dB以上的。

通过以上计算验证可看出16位与18位精度的对系统信号精度作用基本相同。

另外采样精度也决定数据占据的空间，一般计算机是按自己字节去管理的，16位正好是2个字节，而18位就需要3个或是4个字节管理了，而在数据通过率一定的情况下（数据通过率是声发射瓶颈），在单位时间内16位可通过的多采样点就多于18位实际通过的采样点了。这表示在限状况下16位设备实际传输与可记录数据多于18位，对应用者来说将有更多有效地数据可应用。

但18位精度设备的开发很大程度上也放映了一个一起商的研发能力以及其技术的先性，但就声发射其实用性倒不如16位精度设备。而且其价位也比较高。出于对用户负责；虽然我公司也有18位精度设备，其利润也更可观，但我们还是出于经济型及实用性的考虑建议用户选择16位精度的。

原创作者：北京德高立行科技有限公司