實(shi)驗名稱：功率放(fang)大器在干(gan)耦合超聲信號檢測系統(tong)研究中的應用

研究方向(xiang)：超(chao)聲波檢測

實驗(yan)內容：

干耦合超(chao)聲波檢測由于耦合方式(shi)不同，所使用的探(tan)(tan)頭與常規(gui)超(chao)聲探(tan)(tan)頭不同，其結構主要包括壓(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)(ci)振子(zi)、變幅(fu)桿、匹配(pei)電(dian)(dian)路(lu)和外(wai)部工裝。探(tan)(tan)頭的核心部件是三疊片壓(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)(ci)振子(zi)，該振子(zi)中間為(wei)(wei)金(jin)屬圓(yuan)盤，兩邊為(wei)(wei)壓(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)(ci)片，這種結構可明顯(xian)改善探(tan)(tan)頭的機械和機電(dian)(dian)耦合性能。

外加電(dian)場方(fang)向與一個壓電(dian)陶瓷圓(yuan)(yuan)片極(ji)化(hua)方(fang)向相同，而與另一個圓(yuan)(yuan)片的極(ji)化(hua)方(fang)向相反，當振(zhen)子受外場激勵(li)時，一個圓(yuan)(yuan)片產(chan)生伸張(zhang)效應(ying)(ying)，另一個產(chan)生收縮應(ying)(ying)變，結果就(jiu)使整個雙(shuang)層圓(yuan)(yuan)片發(fa)生彎(wan)曲應(ying)(ying)變

實驗設(she)備：

ATA-4051高(gao)壓功(gong)率放大(da)器、信號(hao)發生器、示波器

實驗過(guo)程：

檢測(ce)時，兩探(tan)頭(tou)置于(yu)試件缺陷區域的(de)兩側，并通過相(xiang)同質量塊進行加壓(ya)(ya)固(gu)定(ding)，使(shi)探(tan)頭(tou)中壓(ya)(ya)電陶(tao)瓷片(pian)、前端變(bian)幅(fu)桿及被檢測(ce)試件之間接(jie)觸(chu)(chu)良好。該方(fang)法采用雙探(tan)頭(tou)一(yi)發一(yi)收檢測(ce)方(fang)式，發射探(tan)頭(tou)產生的(de)超聲波(bo)經被檢測(ce)材(cai)料被接(jie)收探(tan)頭(tou)接(jie)收，并在(zai)示(shi)波(bo)器上顯示(shi)，根(gen)據接(jie)收信號幅(fu)值、能(neng)量及頻譜等參數對缺陷進行定(ding)征。干耦合(he)探(tan)頭(tou)前端使(shi)用了細(xi)長的(de)變(bian)幅(fu)桿，和結構近似于(yu)點接(jie)觸(chu)(chu)，這(zhe)種(zhong)接(jie)觸(chu)(chu)方(fang)式勢將會(hui)使(shi)超聲波(bo)的(de)入(ru)射效率大為降低，而(er)且造成(cheng)嚴重的(de)能(neng)量損失，主要包括能(neng)量的(de)衰減和能(neng)量的(de)泄露兩種(zhong)。

單層薄板(ban)結構(gou)中Lamb波(bo)主要在上下表面之間傳播，假設板的厚度保持不變(bian)，超聲(sheng)波(bo)能量的衰減(jian)由傳播距離L決定(ding)，其表達式為QL=Q0e-2αL

激勵波形不同，檢測過程(cheng)中激發的超聲Lamb波頻帶(dai)帶(dai)寬和周期(qi)數不(bu)同，而這(zhe)些都是影響損傷(shang)檢測的重要因素，

由于壓(ya)(ya)電陶瓷片是一個彈性體，因此存(cun)在諧振(zhen)(zhen)頻(pin)率。當外(wai)界(jie)作用的頻(pin)率等于諧振(zhen)(zhen)頻(pin)率時(shi)，壓(ya)(ya)電陶瓷片就(jiu)產生機械(xie)諧振(zhen)(zhen)，諧振(zhen)(zhen)時(shi)振(zhen)(zhen)子的振(zhen)(zhen)幅最(zui)大，彈性能量也最(zui)大。

不同波數(shu)的(de)選(xuan)取對檢(jian)測結果的(de)影響很大(da)，對于低(di)于200kHz的Lamb波，每個周期模態的時間相對(dui)較長(chang)，因而不易選(xuan)取周期數較多的信(xin)號，否則較容易與回波信(xin)號疊加在(zai)一起不利于分(fen)析。

實驗結(jie)果：

1）干(gan)耦合超聲檢測過(guo)程中，脫粘和未脫粘區域能量泄(xie)露(lu)存在(zai)區別，可以根(gen)據接收(shou)檢測信號的能量來(lai)判(pan)斷(duan)缺陷的存在(zai)與否。

2）不同激(ji)(ji)勵(li)信(xin)號(hao)作(zuo)用(yong)于(yu)干耦(ou)合超聲波探頭，導致檢測信(xin)號(hao)的中心頻率(lv)、帶(dai)寬、能量(liang)集中性等都有(you)所不同，引(yin)入(ru)的品質因數Q值和(he)能量(liang)E值可作(zuo)為(wei)選擇最優激(ji)(ji)勵(li)信(xin)號(hao)的依據。

3）針對不同的(de)檢(jian)測對象，選(xuan)用(yong)的(de)激(ji)(ji)勵波形、波數、頻率(lv)等參數都有所(suo)不同，對于玻璃(li)纖維(wei)/丁(ding)腈(jing)橡膠兩層粘接(jie)板，宜(yi)選(xuan)用(yong)5周期漢寧窗調制正弦(xian)波作(zuo)為干耦合超聲檢(jian)測的(de)激(ji)(ji)勵波形。

4）由(you)于結構中超聲Lamb波傳播過(guo)程比(bi)較復雜，影(ying)響接收信(xin)號(hao)能量、帶寬等(deng)(deng)特(te)征(zheng)參數(shu)的因(yin)素很多，比(bi)如邊界、試(shi)件(jian)中界面的波形轉換(huan)等(deng)(deng)，下一步需對這些問題進行更深(shen)入的分析。

放大器在該實驗(yan)中發(fa)揮的(de)效能：將函(han)數發生器中的(de)電壓信號放大(da)

功率放大器ATA-4051參數指標：

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