關(guān)于超聲導(dǎo)波

超聲導(dǎo)波是一種沿特定路徑傳播的超聲波，通常是在結(jié)構(gòu)內(nèi)部（如管道、板材等）沿著邊界條件形成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播，利用結(jié)構(gòu)的幾何特性和材料屬性來引導(dǎo)聲波的傳播路徑，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個結(jié)構(gòu)的大面積快速掃描；提高檢測效率；降低檢測成本，特別適用于大型結(jié)構(gòu)（如管道、橋梁、飛機(jī)機(jī)身等）的健康監(jiān)測和損傷檢測。

功率放大器能夠信號發(fā)生器輸出的微弱電信號，精準(zhǔn)放大到足夠功率，驅(qū)動換能器產(chǎn)生強(qiáng)而穩(wěn)定的超聲導(dǎo)波，沒有功率放大器的賦能，超聲導(dǎo)波的長距離檢測、缺陷定量分析等研究便無從談起。

實驗案例展示

▼功率放大器在簡正模態(tài)展開的彎管導(dǎo)波散射特性分析中的應(yīng)用

本實驗，利用簡正模態(tài)展開法研究了波導(dǎo)在彎管中的散射。測試管與“雙正交關(guān)系的數(shù)值驗證”部分中使用的相同；該不銹鋼管通過熱彎曲在其中間彎曲90°。由任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生5周期30kHz的音脈沖串，隨后由高壓功率放大器ATA-3080放大。然后，將放大信號發(fā)送到發(fā)射換能器，以激發(fā)管道中的縱向?qū)Рā?/p>

▼高壓放大器在基于超聲導(dǎo)波對復(fù)合材料板進(jìn)行損傷定位及評估中的應(yīng)用

本實驗基于超聲導(dǎo)波對復(fù)合材料板進(jìn)行損傷定位及評估，輸入信號的中心頻率為80kHz。超聲導(dǎo)波信號以10MHz的速率采樣，激勵電壓設(shè)置為20V，然后通過高壓放大器將其峰值提升到80V。前置放大器的放大速率設(shè)置為60db。為了簡化數(shù)據(jù)集的獲取，考慮了額外的質(zhì)量塊來模擬實際損傷。

▼寬帶放大器在超聲導(dǎo)波結(jié)冰探測中的應(yīng)用

本實驗，利用超聲導(dǎo)波實現(xiàn)飛機(jī)結(jié)冰的定量辨識方法能夠顯著提高飛機(jī)運(yùn)行的安全性。為了驗證數(shù)值模擬的有效性，開發(fā)了一個靜/動態(tài)結(jié)冰探測實驗系統(tǒng)來評估在噴霧條件下基于Lamb波的結(jié)冰探測的可行性。此外，小波變換、Hampel中值濾波器、移動平均濾波器被用于分析渡越時間和探測時間信號。最終，在實驗上驗證了超聲導(dǎo)波可以實現(xiàn)動態(tài)結(jié)冰過程中積冰量的有效辨識。

▼高壓放大器環(huán)境溫度和結(jié)構(gòu)應(yīng)力對導(dǎo)波傳播特性耦合影響研究中的應(yīng)用

本實驗，提出了一種溫度-應(yīng)力耦合的板殼結(jié)構(gòu)頻散分析模型，采用超聲導(dǎo)波實驗系統(tǒng)來測量環(huán)境溫度變化與結(jié)構(gòu)應(yīng)力耦合作用下不同導(dǎo)波模態(tài)的相速度變化，以驗證頻散分析模型的準(zhǔn)確性。

▼高壓放大器在壓電片有限寬平板中激勵單一SH(0,1)模態(tài)中的應(yīng)用

本研究聚焦于剪切水平導(dǎo)波（SH波）在有限寬平板（NPW）中的傳播特性，特別是SH(0,1)模態(tài)的純凈激勵問題。通過設(shè)計d24型PZT換能器，探索其長度（Lp）對SH(0,1)模態(tài)激勵效果的影響，結(jié)合仿真與實驗，評估其在高溫壁厚監(jiān)測等應(yīng)用中的可行性。

▼高壓放大器在超聲導(dǎo)波全波場腐蝕成像中的應(yīng)用

本實驗，使用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調(diào)制的400kHz5周期正弦脈沖信號，經(jīng)由ATA-2022B高壓放大器進(jìn)一步放大驅(qū)動PZT壓電片產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，利用激光測振儀記錄試樣表面的超聲導(dǎo)波全波場數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號處理和缺陷成像。

▼高壓放大器在道岔直尖軌超聲導(dǎo)波信號輸出實驗中的應(yīng)用

本實驗中，道岔直尖軌為截面異型的變截面工程結(jié)構(gòu)，導(dǎo)波在其中的傳播特性十分復(fù)雜，即使是單一模態(tài)的導(dǎo)波在直尖軌不同截面處的波幅值分布也差別巨大。通過功率放大器輸入高能導(dǎo)波信號，測試了單一模態(tài)在直尖軌中傳播時的波幅值分布變化規(guī)律和頻散特性變化規(guī)律，并首次發(fā)現(xiàn)了直尖軌中的彩虹捕獲效應(yīng)。

更多應(yīng)用案例分享

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審核編輯 黃宇