功率放大器在Lamb波的耐压结构损伤识别研究中的应用

描述

 

实验名称:

功率放大器在Lamb波的耐压结构损伤识别研究中的应用

研究方向:

Lamb波的耐压结构

实验设备:

ATA-2022B功率放大器、任意函数发生器、数据采集卡、示波器

实验内容:

根据耐压结构的结构特点,设计一套耐压结构损伤识别系统,在不考虑环境噪声的情况下,利用压电传感器实时激发Lamb波并监测结构响应,经过数据收集和处理,从而判断损伤参数,当有损伤产生时,结构会因此产生不连续性从而导致波在传递过程中发生散射和折射,从而导致波形发生变化,进而通过分析来确定其中包含的损伤信息。

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图:Lamb波的耐压结构实验中的仪器

实验过程:

首先通过软件编辑五周期中心频率200khz的Lamb波,导入任意波形发生器后进行双通道输出,任意函数发生器的最大输出电压为10v,通道一连接到示波器上进行接收波形的对比定位,通道二经过安泰ATA-2022H高压放大器放大10倍后,连接到激励压电陶瓷片上,压电陶瓷片用快干胶粘贴在打磨过的铝合金板上,并通过导线焊接引出正负极。

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压电陶瓷片粘贴时需注意胶水涂抹均匀并按压30秒,等待数小时后达到效果。压电陶瓷片直径10mm,厚度1mm,最大驱动电压200v/mm,示波器选择通道一用于显示任意函数发生器产生的激励信号,二三四通道则用于连接待测结构上的接收传感器,作为接收信号使用。

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图:50-300khz的Lamb波

通过频散曲线可得铝板在不同频率下模态特性,由频散曲线图可知,频率越小时板中的模态越少。为了选取最优中心频率,在实验中设定中心频率为50-300khz,间隔为50khz,通过调节任意函数发生器来改变Lamb波的中心频率。

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图:Hilbert变换

通过实验确定最佳激发中心频率为200kHz,对所得信号进行250khz低通滤波和降噪处理后,采用希尔伯特变换进行位移曲线的包络处理来提取有效信息。对Lamb波在平板结构损伤识别中的应用进行研究,对含缺陷铝板进行数值模拟,基于椭圆定位法对损伤进行定位研究,获取回波信号并读取因损伤产生回波波峰所到达时间,从而定位出损伤所在位置。

实验结果:

通过实验研究激发中心频率对接收信号的影响,绘制出中心频率为50-300khz的Lamb波响应信号,并确立实验所用最佳激发中心频率。为了对实验采集到的信号进行有效提取,分别设置了250khz低通、150-250khz带通和150khz高通滤波器来进行信号的降噪处理,为了消除压电陶瓷片个体间的差异和环境因素影响,对实验结果进行了归一化处理。

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验证了基于椭圆轨迹法的损伤定位方法,获取回波信号并读取因损伤产生回波波峰所到达时间,从而定位出损伤所在位置。

 

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