實驗名稱：基于應力(li)導波(bo)的缺陷(xian)檢測的研究

　　研究方向：無損檢測、缺陷定位

　　實驗目的：基(ji)于壓電傳(chuan)感(gan)法進行(xing)(xing)導管(guan)(guan)缺陷(xian)檢(jian)測(ce)實驗研究，探究壓電傳(chuan)感(gan)法檢(jian)測(ce)導管(guan)(guan)缺陷(xian)的(de)可行(xing)(xing)性，

　　測試設備：ATA-8202射(she)頻功率放大器(qi)(qi)，信號發生(sheng)器(qi)(qi)，試件，示波器(qi)(qi)

　　實驗過程：作(zuo)為(wei)驅動器的(de)PZT環產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)波(bo)，應(ying)(ying)力(li)(li)波(bo)在(zai)結構中傳(chuan)(chuan)播并被作(zuo)為(wei)傳(chuan)(chuan)感器的(de)PZT壓電片接收(shou)，當(dang)結構有缺(que)(que)陷時，應(ying)(ying)力(li)(li)波(bo)傳(chuan)(chuan)播的(de)能量會減(jian)小，PZT壓電片接收(shou)到的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)波(bo)信(xin)號與無缺(que)(que)陷狀態(tai)下的(de)應(ying)(ying)力(li)(li)波(bo)信(xin)號相比會減(jian)弱，缺(que)(que)陷程(cheng)度(du)的(de)增加會相應(ying)(ying)地導致接收(shou)應(ying)(ying)力(li)(li)波(bo)能量的(de)減(jian)弱，以此來實現對結構缺(que)(que)陷的(de)檢測。

　　圖：實驗原理圖

　　實驗(yan)裝置由信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)發生器(qi)與示波(bo)(bo)器(qi)、ATA-8202功率(lv)(lv)放大器(qi)和(he)各類試(shi)(shi)件(jian)組成(cheng)，本(ben)實驗(yan)選用長(chang)度(du)方(fang)向變(bian)形(xing)的(de)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)片和(he)厚度(du)方(fang)向變(bian)形(xing)的(de)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)環(huan)，將(jiang)16片壓(ya)(ya)(ya)電(dian)片并聯貼滿管(guan)(guan)道(dao)試(shi)(shi)件(jian)，壓(ya)(ya)(ya)電(dian)環(huan)套在(zai)管(guan)(guan)道(dao)一頭(tou)。從實驗(yan)中(zhong)發現在(zai)導(dao)波(bo)(bo)檢(jian)測中(zhong)存在(zai)一個有(you)效(xiao)頻帶(dai)范圍，缺陷檢(jian)測最佳頻率(lv)(lv)為(wei)25KHz-100KHz，在(zai)作為(wei)激勵(li)器(qi)的(de)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)陶瓷傳(chuan)(chuan)感器(qi)端(duan)輸入幅(fu)值為(wei)10V的(de)正(zheng)弦激勵(li)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，而(er)通過壓(ya)(ya)(ya)電(dian)材料產生超聲導(dao)波(bo)(bo)需要200Vpp左右的(de)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，因此需要功率(lv)(lv)放大器(qi)運行壓(ya)(ya)(ya)電(dian)環(huan)產生應力(li)(li)波(bo)(bo)并在(zai)管(guan)(guan)道(dao)試(shi)(shi)件(jian)中(zhong)傳(chuan)(chuan)播，會被作為(wei)接收端(duan)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)傳(chuan)(chuan)感器(qi)所(suo)感知(zhi)，由正(zheng)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)效(xiao)應，采(cai)集的(de)應力(li)(li)波(bo)(bo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)將(jiang)被轉化為(wei)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，采(cai)集接收端(duan)壓(ya)(ya)(ya)電(dian)傳(chuan)(chuan)感器(qi)響應電(dian)壓(ya)(ya)(ya)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)到示波(bo)(bo)器(qi)，通過對比(bi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)前(qian)后(hou)差異即可得到管(guan)(guan)道(dao)的(de)缺陷信(xin)(xin)(xin)息。

　　圖：實驗設備圖

　　實驗結果：

　　接收端壓電(dian)傳感器采(cai)集的(de)應(ying)力波信號如下圖三、四、五、六所示(shi)。

　　圖(tu)三：不同頻率(lv)的入射(she)信號在完好(hao)管道中(zhong)測試信號

　　圖(tu)四：特定頻率下、不同(tong)周期信(xin)號檢測管道缺(que)陷的測試結果

　　圖(tu)五：選擇頻(pin)率不當時(shi)導致缺陷識別失敗

　　由上(shang)圖可知(zhi)，激勵(li)信(xin)(xin)號(hao)的(de)周(zhou)期(qi)(qi)數和頻(pin)率(lv)(lv)(lv)對測(ce)(ce)(ce)試結果也同樣具有(you)決(jue)定(ding)(ding)性(xing)作用，在(zai)(zai)(zai)5周(zhou)期(qi)(qi)激勵(li)信(xin)(xin)號(hao)時入射(she)信(xin)(xin)號(hao)中彎曲(qu)模態明顯，周(zhou)期(qi)(qi)數的(de)選擇(ze)應該結合(he)檢測(ce)(ce)(ce)管道的(de)長度考(kao)慮，在(zai)(zai)(zai)保證回波信(xin)(xin)號(hao)不與入射(she)信(xin)(xin)號(hao)混疊時，大周(zhou)期(qi)(qi)信(xin)(xin)號(hao)更適合(he)于(yu)檢測(ce)(ce)(ce)缺(que)陷(xian)。當選擇(ze)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)不當時，很(hen)有(you)可能漏判缺(que)陷(xian)信(xin)(xin)息，同時高頻(pin)信(xin)(xin)號(hao)還會導致高階(jie)彎曲(qu)模態的(de)出(chu)(chu)現，因此，基于(yu)導波的(de)缺(que)陷(xian)檢測(ce)(ce)(ce)，在(zai)(zai)(zai)利用頻(pin)散曲(qu)線確定(ding)(ding)了頻(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)大致范圍外，在(zai)(zai)(zai)實(shi)測(ce)(ce)(ce)中還應該通(tong)過改變測(ce)(ce)(ce)試頻(pin)率(lv)(lv)(lv)以獲得最佳的(de)測(ce)(ce)(ce)試效(xiao)果。在(zai)(zai)(zai)確定(ding)(ding)好(hao)特(te)定(ding)(ding)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)，特(te)定(ding)(ding)周(zhou)期(qi)(qi)數后的(de)測(ce)(ce)(ce)試結果如(ru)圖六所示，可以很(hen)明顯的(de)檢測(ce)(ce)(ce)出(chu)(chu)管道的(de)缺(que)陷(xian)。

　　圖六：最終實驗結果

　　選擇該(gai)功(gong)率放大器的原因：電(dian)壓(ya)精準(zhun)度高、帶寬(kuan)高、輸(shu)出波(bo)形好、操作簡單。

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