實(shí)驗名稱：功率放大器在超聲導(dǎo)波鋼軌衰減特性中的研究

實(shí)驗方向：超聲檢測

實(shí)驗內(nèi)容：鋼軌作為聲傳播固體介質(zhì)，聲導(dǎo)管特性良好。所以在可以采用超聲信號檢測鋼軌內(nèi)部損傷情況。采用機(jī)械波作為檢測信號，因此基本不受鋼軌的電氣參數(shù)和牽引回流影響，且設(shè)備的原理簡單，安全可靠，安裝和維護(hù)方便，設(shè)備功耗與其他檢測技術(shù)相比較低。其適用于對整體道床、隧道、軌道一次參數(shù)不良及鐵路現(xiàn)場潮濕積水嚴(yán)重等區(qū)段進(jìn)行實(shí)時鋼軌狀態(tài)檢測，且適用于對長距離無縫鋼軌進(jìn)行斷軌檢測。

測試設(shè)備：

ATA-4012功率放大器、信號源、示波器等

實(shí)驗過程：檢測系統(tǒng)一般由壓電換能器和信號發(fā)射與接收模塊姐成。信號發(fā)射模塊向鋼軌上的導(dǎo)波換能器施加高壓脈沖激勵信號，壓電換能器通過逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲導(dǎo)波信號，超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳輸后由接收端的超聲導(dǎo)波換能器接收。對接收端的采集信號進(jìn)行特征判斷，或者在給定時間內(nèi)檢測是否接收到相應(yīng)的超聲導(dǎo)波信號，進(jìn)而判定檢測區(qū)間的鋼軌完整情況。

實(shí)驗結(jié)果：

常見的高速鐵路傷損類型有波浪形磨耗、踏面接觸疲勞裂紋、內(nèi)部裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷等，超聲導(dǎo)波斷軌監(jiān)測系統(tǒng)主要針對鋼軌內(nèi)部裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷及鋼軌斷裂進(jìn)行檢測。在無縫線路焊縫前布置超聲導(dǎo)波接收節(jié)點(diǎn)，當(dāng)鋼軌焊縫內(nèi)部產(chǎn)生缺陷時，接收節(jié)點(diǎn)會接收到來自焊縫缺陷的反射波；當(dāng)系統(tǒng)檢測區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)鋼軌斷裂時，接收節(jié)點(diǎn)將接收不到來自發(fā)射端的超聲導(dǎo)波信號；當(dāng)系統(tǒng)檢測區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)鋼軌內(nèi)部裂紋時，接收節(jié)點(diǎn)的超聲導(dǎo)波信號會出現(xiàn)明顯衰減。

此外，鐵路現(xiàn)場大量的鋼軌過孔也會導(dǎo)致超聲導(dǎo)波發(fā)生衰減，超聲導(dǎo)波斷軌監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝必須考慮鋼軌過孔對導(dǎo)波衰減的影響。本實(shí)驗為無縫線路斷軌監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置及安裝提供了理論指導(dǎo)，降低了現(xiàn)有無縫線路斷軌監(jiān)測系統(tǒng)的誤報率。

功率放大器在本實(shí)驗中起到的作用：

本文采用安泰公司生產(chǎn)的ATA-4012型功率放大器對任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號進(jìn)行放大，從而激勵超聲導(dǎo)波換能器產(chǎn)生振動。ATA-4012功率放大器有如下特點(diǎn)：高速、寬頻帶，輸出電壓上升率高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號或復(fù)雜波形的信號，也能夠忠實(shí)地將其放大；可用于激勵壓電變化器、壓電動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)等壓電元件；良好的階躍響應(yīng)，即使對于迅速重復(fù)或高速的過渡過程，也能良好的響應(yīng)真實(shí)再現(xiàn)；低輸出阻抗，即使對于電容性、點(diǎn)感性的負(fù)載也能獲得良好的響應(yīng)。

審核編輯：湯梓紅