實(shi)驗名稱：基于時間反演法的高強螺栓預緊力監測

實驗內容：

實驗采用壓電陶瓷片作為激勵器和傳感器，使用功率放大器來放大器信號，激勵和接收超聲波信號，并將接收到的響應信號，并將接收到的響應信號做時間反演處理后，作為激勵信號再次從接收端發出，最后在初始激勵端獲得聚焦信號。通過改變螺栓預緊力，建立了聚焦信號峰值與預緊力的對應關系。結果表明，聚焦信號的峰值隨預緊力的減小而減小。

實驗設備：LabView計算機、NI采集卡、功率放大器、PZT

實驗(yan)過程：

對于高(gao)(gao)強螺(luo)(luo)栓(shuan)連(lian)(lian)接(jie)(jie)構件，隨(sui)著預緊(jin)力的(de)(de)(de)增(zeng)加，螺(luo)(luo)栓(shuan)與連(lian)(lian)接(jie)(jie)構件貼合的(de)(de)(de)越(yue)來越(yue)緊(jin)密(mi)。而且通過微觀角度分析(xi)，高(gao)(gao)強螺(luo)(luo)栓(shuan)與被(bei)連(lian)(lian)構件的(de)(de)(de)表面(mian)是粗糙不平的(de)(de)(de)，其實(shi)際(ji)接(jie)(jie)觸面(mian)積要小于名(ming)義上的(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸面(mian)積，超(chao)聲(sheng)波(bo)在連(lian)(lian)接(jie)(jie)界(jie)面(mian)的(de)(de)(de)傳播正是通過實(shi)際(ji)接(jie)(jie)觸面(mian)積進(jin)行的(de)(de)(de)。隨(sui)著預緊(jin)力的(de)(de)(de)增(zeng)加，高(gao)(gao)強螺(luo)(luo)栓(shuan)與連(lian)(lian)接(jie)(jie)構件的(de)(de)(de)實(shi)際(ji)接(jie)(jie)觸面(mian)積增(zeng)加，通過的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)能量也就越(yue)多。

在螺(luo)栓連接構(gou)件表面布置壓電陶瓷PZT片，壓電(dian)陶瓷具有正(zheng)逆壓電(dian)效應，所以既可作為激勵器(qi)也可以作為感應器(qi)。

實驗通過計(ji)算機利用(yong)LabVIEW編寫的控制程序運行，采用中心頻率150kHz，初始電壓為5V的激勵信號，NI-USB-6366數據采集儀將數字信號轉換為電壓信號，電壓信號再經過功率放大器進行放大，經壓電陶瓷的逆壓電效應使粘貼在高強螺栓上的PZT1發生機械振動產生超聲波。超聲波通過鋼板與高強螺栓的連接界面抵達鋼板上的PZT2，經壓電陶瓷的正壓電效應轉化為電壓信號，該電壓信號可以被NI-USB-6366數據采集儀采集并儲存于計算機中作為響應信號。將得到的響應信號進行時間反演處理得到時反信號，將時反信號作為激勵信號，再次激勵PZT2，此時在PZT1采集到的信號即為聚焦信號。

實驗結果：

測得在不同預緊(jin)力條件下對應的(de)聚(ju)焦(jiao)(jiao)信(xin)號峰值，并建立聚(ju)焦(jiao)(jiao)信(xin)號峰值與高強螺栓預緊(jin)力的(de)對應關系，相同的(de)PZT間(jian)距，重復測量3次。當PZT間(jian)距為5cm和10cm時(shi)，測試(shi)結果(guo)如(ru)下圖：

一般信號發生器最大輸出電(dian)壓都很(hen)小，功率都在mW級別，都無法滿(man)足驅動(dong)測試要求，因此需要一款高速、寬頻帶、高電壓輸出的功率放大器。ATA-2000系列電壓(ya)放大器能處理(li)從直流到最高1MHz的信號，是一種高速、寬頻帶、高電壓輸出的雙極性功率放大器。電壓和電流可以正負極性自由地四象限輸出，所以對于電容性負荷、電感性負荷都能夠穩定動作。

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