功率放大器在海底管道懸跨振動檢測試驗中的應用
實驗名(ming)稱:海底管道(dao)懸跨(kua)振動檢測試驗
研究方向(xiang)：管道(dao)懸跨診斷
實驗內(nei)容:利用信號源、功率放大器、激振器激勵管道振動，模擬海底管道在洋流的沖刷作用下產生振動；利用管道內檢測器檢測振動。
測試目的：使管道產生類似(si)于洋流(liu)激勵的振動，利用內檢測器檢測振動。
測試(shi)設備(bei):信號(hao)源、功率放大器ATA-3080、激振器、管道
放大器型號:ATA-3080功(gong)率放大器
實驗(yan)過程:
在(zai)管(guan)(guan)道的(de)一端利用鼓風機向管(guan)(guan)內吹(chui)氣，推動(dong)管(guan)(guan)內球向前滾動(dong)。為了能使球像在(zai)現(xian)場管(guan)(guan)道里那樣處(chu)于勻速滾動(dong)的(de)穩(wen)態，需要控制風力的(de)大小。
通過連(lian)續調(diao)節(jie)鼓風機的供電(dian)電(dian)壓實現對風速(su)的連(lian)續調(diao)節(jie)。考(kao)慮到球(qiu)從靜止到速(su)度穩(wen)(wen)定是一個加速(su)過程，在激(ji)振管道的上(shang)游(you)又連(lian)接了一根緩沖管，使(shi)球(qiu)在進(jin)入激(ji)振管道前(qian)就完成加速(su)并(bing)達到恒速(su)滾動的穩(wen)(wen)態。
兩(liang)(liang)節管(guan)道(dao)之間(jian)采用柔性橡膠連接(jie)，使緩(huan)沖管(guan)道(dao)不干擾激振(zhen)管(guan)道(dao)的振(zhen)動(dong)。激振(zhen)管(guan)道(dao)兩(liang)(liang)端采取固(gu)定支撐(cheng)，來模擬實際的懸跨(kua)海(hai)底(di)管(guan)道(dao)。
電腦(nao)控制數據采集卡產生激勵信號，經過(guo)功率(lv)放大器放大后，輸送給激振器，激勵(li)管道沿(yan)豎直(zhi)方向(xiang)振動。
考(kao)慮到(dao)在(zai)海(hai)底，洋(yang)(yang)流平行于(yu)海(hai)床，而渦激(ji)振(zhen)動方(fang)(fang)向又與洋(yang)(yang)流方(fang)(fang)向垂直，所以(yi)給管道(dao)施加(jia)的激(ji)勵是豎(shu)直方(fang)(fang)向的。激(ji)光位移(yi)傳感(gan)器實時測量管道(dao)的振(zhen)動位移(yi)，作(zuo)為參考(kao)。
采用3D打印技術制作了50mm直徑的光敏樹脂球殼，內部設置了固定三軸加速度計的結構，加速度計采用小型鋰電池供電。
在(zai)球內部添加了兩條鋼(gang)柱來調節它(ta)的質量分(fen)布，使(shi)球穩定(ding)地圍繞轉動慣量大的軸旋轉。檢測完畢后，取(qu)出(chu)球與電腦相連(lian)接，下載(zai)數據，通過(guo)離線(xian)處(chu)理加速度信(xin)號(hao)識別出(chu)管道振動。
測試(shi)結(jie)果：
下圖（e）是原始加速度信號三分量的平方和，圖（f）是去除了直流偏置的加速度三分量的平方和。
可以看到，去除各個(ge)分(fen)量直流以前，a^2包含很強的代表球轉動的低頻信息，且還包含一些其他高頻信息。去除各個分量直流以后，a^2變成a~^2，相當于把向心加速度(du)去除了(le)，與f1相關的低頻信(xin)息(xi)消失了(le)，a~^2包含很強的代表管道振(zhen)動的高頻信(xin)息(xi)，這有利于識別管道的振(zhen)動。
當管道振(zhen)幅較大時，a^2頻域包含5個峰。其中代表球的滾動頻率f1的峰，很容易利用其他管段的數據識別，因為其他不振動管段里球測得的加速度信號就只有f1成分。另外4個峰，對應f2，2 f2，f2+ f1，f2- f1，后三個的幅值跟很多因素有關，有時還會接近甚至超過f2的幅值，無法判斷那個是f2的峰。通過對加速度各個分量進行去直流處理，獲得a~^2，可以削弱f2+ f1和f2- f1的幅值，只保留f2和2 f2峰。
如右下圖所(suo)示的頻域曲線，紅色曲線是利用(yong)去除了直(zhi)流的加(jia)(jia)速度分量計算的，藍(lan)色曲線是利用(yong)原始加(jia)(jia)速度分量計算的。顯然，通過(guo)去直(zhi)流，與f1相關的峰值都有了明顯的減弱，而去直流前后f2和2 f2幾乎沒有任何改變。可以輕易地確定f2和2f2對應的峰值，然后可以得到f2的值。如果管道振幅足夠大，2f2也會比較明顯，可以通過二倍頻的關系進一步確認f2。
放大器在該實驗中發(fa)揮(hui)的效能:放大激勵信(xin)號，輸入(ru)給激振器。
您(nin)選擇(ze)該放大器的原(yuan)因:功率大、帶寬夠(gou)。
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