【案例集锦】功率放大器在超声导波测试领域研究中的应用

关于超声导波
 

超声导波是一种沿特定路径传播的超声波，通常是在结构内部（如管道、板材等）沿着边界条件形成的波导结构中传播，利用结构的几何特性和材料属性来引导声波的传播路径，能够实现对整个结构的大面积快速扫描；提高检测效率；降低检测成本，特别适用于大型结构（如管道、桥梁、飞机机身等）的健康监测和损伤检测。

 

功率放大器能够信号发生器输出的微弱电信号，精准放大到足够功率，驱动换能器产生强而稳定的超声导波，没有功率放大器的赋能，超声导波的长距离检测、缺陷定量分析等研究便无从谈起。

 

实验案例展示

 

▼功率放大器在简正模态展开的弯管导波散射特性分析中的应用

本实验，利用简正模态展开法研究了波导在弯管中的散射。测试管与“双正交关系的数值验证”部分中使用的相同；该不锈钢管通过热弯曲在其中间弯曲90°。由任意函数发生器产生5周期30kHz的音脉冲串，随后由高压功率放大器ATA-3080放大。然后，将放大信号发送到发射换能器，以激发管道中的纵向导波。

 

▼高压放大器在基于超声导波对复合材料板进行损伤定位及评估中的应用

本实验基于超声导波对复合材料板进行损伤定位及评估，输入信号的中心频率为80kHz。超声导波信号以10MHz的速率采样，激励电压设置为20V，然后通过高压放大器将其峰值提升到80V。前置放大器的放大速率设置为60db。为了简化数据集的获取，考虑了额外的质量块来模拟实际损伤。

 

▼宽带放大器在超声导波结冰探测中的应用

本实验，利用超声导波实现飞机结冰的定量辨识方法能够显著提高飞机运行的安全性。为了验证数值模拟的有效性，开发了一个静/动态结冰探测实验系统来评估在喷雾条件下基于Lamb波的结冰探测的可行性。此外，小波变换、Hampel中值滤波器、移动平均滤波器被用于分析渡越时间和探测时间信号。最终，在实验上验证了超声导波可以实现动态结冰过程中积冰量的有效辨识。

 

▼高压放大器环境温度和结构应力对导波传播特性耦合影响研究中的应用

本实验，提出了一种温度-应力耦合的板壳结构频散分析模型，采用超声导波实验系统来测量环境温度变化与结构应力耦合作用下不同导波模态的相速度变化，以验证频散分析模型的准确性。

 

▼高压放大器在压电片有限宽平板中激励单一SH(0,1)模态中的应用

本研究聚焦于剪切水平导波（SH波）在有限宽平板（NPW）中的传播特性，特别是SH(0,1)模态的纯净激励问题。通过设计d24型PZT换能器，探索其长度（Lp）对SH(0,1)模态激励效果的影响，结合仿真与实验，评估其在高温壁厚监测等应用中的可行性。

 

 

▼高压放大器在超声导波全波场腐蚀成像中的应用

本实验，使用任意波形发生器生成汉宁窗调制的400kHz5周期正弦脉冲信号，经由ATA-2022B高压放大器进一步放大驱动PZT压电片产生超声导波，利用激光测振仪记录试样表面的超声导波全波场数据，进行信号处理和缺陷成像。

 

▼高压放大器在道岔直尖轨超声导波信号输出实验中的应用

本实验中，道岔直尖轨为截面异型的变截面工程结构，导波在其中的传播特性十分复杂，即使是单一模态的导波在直尖轨不同截面处的波幅值分布也差别巨大。通过功率放大器输入高能导波信号，测试了单一模态在直尖轨中传播时的波幅值分布变化规律和频散特性变化规律，并首次发现了直尖轨中的彩虹捕获效应。

更多应用案例分享

 

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