管道在工業(yè)中應用廣泛，是油、氣、水等流體的主要運輸方式，保障管道安全具有重要意義。超聲導波檢測具有高效便捷的特點，非常適合管道檢測。當前管道導波檢測主要采用軸對稱模態(tài)導波，使用彎曲模態(tài)的幾乎沒有，這是因為彎曲模態(tài)運動模式復雜且難以純凈激勵，使得管道彎曲模態(tài)檢測信號過于復雜而無法解讀。但彎曲模態(tài)獨有的周向聚焦等特性，為破解許多復雜應用場景下的管道檢測難題提供了可能。本實驗聚焦阻礙管道彎曲模態(tài)檢測的關鍵問題：管中純凈彎曲模態(tài)激勵。采用螺旋激勵方法在管中激勵彎曲模態(tài)導波，為管道彎曲模態(tài)檢測奠定基礎。

實驗名稱：螺旋載荷下管中彎曲模態(tài)導波激勵方法研究

實驗原理：基于磁致伸縮效應與導波模態(tài)匹配理論，通過鐵鈷合金條帶在正交磁場（永磁體偏置場與線圈交變場）作用下產生沿螺旋路徑（12.8°傾角，由Ray-Plate理論計算確定）傳播的剪切應力波，精準激發(fā)以周向位移為主導的F(1，2)彎曲模態(tài)；利用50kHz激勵頻率下的準非頻散特性抑制多模態(tài)干擾，并通過接收端1/4圓周磁致伸縮傳感器捕獲周向位移分量，結合模態(tài)分解算法驗證波前螺旋特征實為同模態(tài)正交分量的軸向相位差干涉效應，同時觀測到端面反射時22%能量向F(1，3)模態(tài)轉換的現象，最終以87%電磁-聲能轉換效率（優(yōu)化合金厚度至0.15mm實現）和82%-86%模態(tài)純度證實螺旋載荷激勵彎曲導波的可行性，為管道周向缺陷定位提供了新方法。

實驗框圖：

實驗實拍圖：

實驗過程：首先基于磁致伸縮效應設計螺旋激勵裝置，在89mm外徑、5.5mm壁厚的不銹鋼管道外壁螺旋黏貼鐵鈷合金條帶（螺旋角12.8°），通過30匝激勵線圈和永磁體產生交變磁場；采用任意波形發(fā)生器產生50kHz的5周期tone-burst信號，經功率放大器ATA-3080放大信號后驅動傳感器產生螺旋切向載荷；在管道另一端布置四分之一圓周的磁致伸縮接收傳感器陣列，通過信號調理模塊和數據采集系統(tǒng)獲取導波信號。

應用方向：芯片封裝拋光過程監(jiān)測，航空航天零部件表面完整性評估，醫(yī)療器械加工質量控制，高精度光學元件制造：反射鏡拋光等方向

應用場景：管道，彎曲模態(tài)，簡正模態(tài)展開，超聲導波，無損檢測，磁致伸縮效應

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圖：ATA-300/3000系列功率放大器指標參數

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審核編輯 黃宇