實驗名稱：耐壓結(jié)構(gòu)損傷識別系統(tǒng)的搭建

研究方向：將基于Lamb波的結(jié)構(gòu)損傷識別系統(tǒng)分為Lamb波的激勵、信號的采集、信號的后處理三大部分。首先通過計算機將調(diào)制好的Lamb波輸入任意函數(shù)發(fā)生器中，然后通過功率放大器將電壓提高至一定值，通過壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)Lamb波的激勵和接收，壓電傳感器將電壓信號轉(zhuǎn)換為振動信號并帶動被測結(jié)構(gòu)一起振動，接收器則將接收到的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并通過數(shù)據(jù)采集部分來進行數(shù)據(jù)的分析和處理。

測試設(shè)備：ATA-2022B高壓放大器、任意函數(shù)發(fā)生器、示波器、數(shù)據(jù)采集卡等。

實驗過程：

圖1：試驗流程示意圖

試驗流程如圖1所示，激勵信號選取五周期經(jīng)漢寧窗調(diào)制后的正弦波，因為任意函數(shù)發(fā)生器不能直接輸入五周期的漢寧窗調(diào)制的正弦波，于是我們選擇軟件編寫Lamb波波形，并通過格式轉(zhuǎn)換導入任意函數(shù)發(fā)生器中，由此作為激勵信號，為使輸出結(jié)果大于示波器的最小量程從而避免示波器無法有效顯示信號的情況，通過功率放大器對信號進行放大后輸出，并通過Labview編寫程序進行數(shù)據(jù)采集和信號處理。根據(jù)實驗流程圖所搭建實驗平臺如圖2所示。

圖2：試驗平臺

搭建實驗平臺，本次實驗使用任意函數(shù)發(fā)生器來獲得所需要的Lamb波，并通過高壓放大器來進行電壓信號的放大，信號采集所用設(shè)備為數(shù)據(jù)采集卡，所用傳感器為壓電陶瓷片，被測結(jié)構(gòu)為600×600×2mm的6061鋁合金板。

首先通過軟件編輯五周期中心頻率200khz的Lamb波，導入任意波形發(fā)生器后進行雙通道輸出，任意函數(shù)發(fā)生器的最大輸出電壓為10v，通道一連接到示波器上進行接收波形的對比定位，通道二經(jīng)過高壓放大器放大10倍后，連接到激勵壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片用快干膠粘貼在打磨過的鋁合金板上，并通過導線焊接引出正負極。壓電陶瓷片粘貼時需注意膠水涂抹均勻并按壓30秒，等待數(shù)小時后達到最佳效果。壓電陶瓷片直徑10mm，厚度1mm，最大驅(qū)動電壓200v/mm，示波器選擇通道一用于顯示任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵信號，二三四通道則用于連接待測結(jié)構(gòu)上的接收傳感器，作為接收信號使用。

實驗結(jié)果：

驗證了基于橢圓軌跡法的損傷定位方法，獲取回波信號并讀取因損傷產(chǎn)生回波波峰所到達時間，從而定位出損傷所在位置，同時基于概率損傷成像算法實現(xiàn)了對損傷的成像，并通過實驗驗證有限元結(jié)果和算法的有效性。從結(jié)果可以看出損傷的成像效果較好，實際損傷和成像結(jié)果重合率可達81.3%，為結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)在工程應(yīng)用中提供了參考。

?功率放大器推薦：ATA-2022B

圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇