實驗名稱：斜(xie)錐型超聲(sheng)波傳(chuan)感(gan)器的性能研究

　　測試目的：FBG超聲(sheng)波傳感器(qi)(qi)(qi)性(xing)能主要有(you)三個指標，分別是(shi)頻(pin)率分辨(bian)特性(xing)、頻(pin)率響(xiang)應特性(xing)、線性(xing)度特性(xing)。由于超聲(sheng)波清洗機(ji)(ji)為整體振動，且機(ji)(ji)身每點的振幅不同，而雙(shuang)(shuang)斜錐傳感器(qi)(qi)(qi)需要有(you)兩個面(mian)接觸被測(ce)物體，會(hui)影響(xiang)傳感器(qi)(qi)(qi)性(xing)能的驗(yan)證。故采用信(xin)號(hao)發生器(qi)(qi)(qi)連(lian)接壓電陶瓷片單(dan)點產生超聲(sheng)信(xin)號(hao)，用以(yi)驗(yan)證雙(shuang)(shuang)斜錐傳感器(qi)(qi)(qi)的性(xing)能。

　　測試設備：ATA-2021B高壓(ya)放大器(qi)、信號發(fa)生器(qi)、示波器(qi)、壓(ya)電陶(tao)瓷片、筆記(ji)本(ben)電腦、雙(shuang)斜錐超聲波傳感器(qi)、光電探測器(qi)等。

　　實驗過程：

　　圖1：FBG窄帶光源解(jie)調系統

　　搭建如圖1所(suo)示(shi)(shi)的FBG窄(zhai)(zhai)帶(dai)光(guang)源解調(diao)(diao)(diao)系(xi)統，高靈敏度窄(zhai)(zhai)帶(dai)光(guang)源解調(diao)(diao)(diao)硬件系(xi)統主要包括接收(shou)和(he)激(ji)勵兩部分(fen)(fen)，其中激(ji)勵部分(fen)(fen)由信號(hao)發生器、安泰高壓(ya)放大器示(shi)(shi)波器、壓(ya)電(dian)(dian)陶瓷(ci)片、筆記本電(dian)(dian)腦構成(cheng)；接收(shou)部分(fen)(fen)由可(ke)調(diao)(diao)(diao)諧窄(zhai)(zhai)線寬激(ji)光(guang)器、光(guang)環形器、雙斜錐超聲波傳感(gan)器、光(guang)電(dian)(dian)探測器組成(cheng)。

　　激(ji)勵(li)部分(fen)工作的(de)原理是信號發生器產生的(de)激(ji)勵(li)信號經ATA-2021B高壓放大(da)器放大(da)后，激(ji)勵(li)PZT產生超(chao)聲(sheng)波并垂(chui)直耦合(he)進(jin)入到待測(ce)結(jie)構中傳播。

　　圖2：安泰ATA-2021B高(gao)壓放大(da)器

　　功率放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)主要作用是放(fang)大(da)(da)信號發(fa)生器(qi)(qi)發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)微弱(ruo)電壓(ya)(ya)(ya)信號，提高(gao)PZT振動的(de)(de)(de)幅度。本實驗使用的(de)(de)(de)是安泰ATA-2021B高(gao)壓(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)（圖2），是一款單(dan)通(tong)道高(gao)壓(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，可放(fang)大(da)(da)交直(zhi)流(liu)信號。它的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)范圍最大(da)(da)為200Vp-p，輸(shu)出(chu)電壓(ya)(ya)(ya)范圍可根(gen)據(ju)輸(shu)出(chu)軌調(diao)節(jie)；直(zhi)流(liu)偏置電壓(ya)(ya)(ya)三檔可調(diao)，連續(xu)變(bian)化最大(da)(da)可輸(shu)出(chu)±160V，可以實現輸(shu)出(chu)非(fei)對(dui)稱(cheng)信號需(xu)求(qiu)，驅動高(gao)壓(ya)(ya)(ya)型負載。

　　實驗結果：

　　實驗中(zhong)固定激(ji)勵源與(yu)傳(chuan)感器(qi)位置(zhi)，研究了雙斜錐超聲波傳(chuan)感器(qi)的頻率分辨(bian)特性(xing)和頻率響應(ying)特性(xing)。

　　圖3：FBG檢測(ce)超(chao)高頻正弦(xian)信號（a）4MHz（b）6MHz

　　使用雙斜錐(zhui)FBG超聲波(bo)傳感器能檢(jian)測了(le)4MHz和6MHz超高頻正弦信號(hao)，如(ru)圖3所示，檢(jian)測到的信號(hao)畸(ji)變并(bing)不明顯，說明了(le)光柵傳感器本身有檢(jian)測超高頻信號(hao)的能力，通過改進傳感器的結構或解調系統，可以有效增加傳感器的檢(jian)測帶寬。

　　圖4：雙斜錐FBG傳(chuan)感器檢(jian)測到的20～130kHz正(zheng)弦信(xin)號

　　為測試(shi)傳(chuan)感器(qi)對不同(tong)頻率(lv)信(xin)號的響(xiang)應幅(fu)度，使用雙斜錐超聲波傳(chuan)感器(qi)對頻率(lv)為20～130kHz的正(zheng)弦超聲波信(xin)號進行檢測，測試(shi)結果如圖4所示。

　　高壓放大器(qi)推薦：ATA-2021B

　　圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數

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