實驗名稱：功率放大器在干耦合超聲信號檢測系統研究中的應用

研究方向：超聲波檢測

實驗內容：

干耦合超聲波檢測由于耦合方式不同，所使用的探頭與常規超聲探頭不同，其結構主要包括壓電陶瓷振子、變幅桿、匹配電路和外部工裝。探頭的核心部件是三疊片壓電陶瓷振子，該振子中間為金屬圓盤，兩邊為壓電陶瓷片，這種結構可明顯改善探頭的機械和機電耦合性能。

外加電場方向與一個壓電陶瓷圓片極化方向相同，而與另一個圓片的極化方向相反，當振子受外場激勵時，一個圓片產生伸張效應，另一個產生收縮應變，結果就使整個雙層圓片發生彎曲應變

實驗設備：

ATA-4051高壓功率放大器、信號發生器、示波器

 

實驗過程：

檢測時，兩探頭置于試件缺陷區域的兩側，并通過相同質量塊進行加壓固定，使探頭中壓電陶瓷片、前端變幅桿及被檢測試件之間接觸良好。該方法采用雙探頭一發一收檢測方式，發射探頭產生的超聲波經被檢測材料被接收探頭接收，并在示波器上顯示，根據接收信號幅值、能量及頻譜等參數對缺陷進行定征。干耦合探頭前端使用了細長的變幅桿，和結構近似于點接觸，這種接觸方式勢將會使超聲波的入射效率大為降低，而且造成嚴重的能量損失，主要包括能量的衰減和能量的泄露兩種。

單層薄板結構中Lamb波主要在上下表面之間傳播，假設板的厚度保持不變，超聲波能量的衰減由傳播距離L決定，其表達式為QL=Q0e-2αL

激勵波形不同，檢測過程中激發的超聲Lamb波頻帶帶寬和周期數不同，而這些都是影響損傷檢測的重要因素，

由于壓電陶瓷片是一個彈性體，因此存在諧振頻率。當外界作用的頻率等于諧振頻率時，壓電陶瓷片就產生機械諧振，諧振時振子的振幅最大，彈性能量也最大。

不同波數的選取對檢測結果的影響很大，對于低于200kHz的Lamb波，每個周期模態的時間相對較長，因而不易選取周期數較多的信號，否則較容易與回波信號疊加在一起不利于分析。

實驗結果：

1）干耦合超聲檢測過程中，脫粘和未脫粘區域能量泄露存在區別，可以根據接收檢測信號的能量來判斷缺陷的存在與否。

2）不同激勵信號作用于干耦合超聲波探頭，導致檢測信號的中心頻率、帶寬、能量集中性等都有所不同，引入的品質因數Q值和能量E值可作為選擇最優激勵信號的依據。

 

3）針對不同的檢測對象，選用的激勵波形、波數、頻率等參數都有所不同，對于玻璃纖維/丁腈橡膠兩層粘接板，宜選用5周期漢寧窗調制正弦波作為干耦合超聲檢測的激勵波形。

       

4）由于結構中超聲Lamb波傳播過程比較復雜，影響接收信號能量、帶寬等特征參數的因素很多，比如邊界、試件中界面的波形轉換等，下一步需對這些問題進行更深入的分析。

放大器在該實驗中發揮的效能：將函數發生器中的電壓信號放大

功率放大器ATA-4051參數指標：

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