磁致伸縮換能器基于磁致伸縮效應(yīng)工作，當(dāng)鐵磁性材料受外加磁場(chǎng)作用時(shí)，其外形尺寸發(fā)生變化產(chǎn)生磁致伸縮應(yīng)變，進(jìn)而激發(fā)出應(yīng)力波。電壓放大器在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用，它能夠?qū)?a target="_blank">信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的低電壓、小電流信號(hào)放大到足夠高的功率水平，從而驅(qū)動(dòng)磁致伸縮換能器產(chǎn)生所需的超聲波或其他振動(dòng)形式。

一、電壓放大器驅(qū)動(dòng)磁致伸縮換能器可做的實(shí)驗(yàn)

（一）材料缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

圖：ATA-2000系列高壓放大器在磁致伸縮電磁超聲導(dǎo)波的孔裂紋損傷檢測(cè)中的應(yīng)用

電壓放大器驅(qū)動(dòng)磁致伸縮換能器可用于金屬材料的無損檢測(cè)。通過在換能器兩端施加脈沖電壓，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使鐵磁性材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)伸縮形成振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。這些超聲波在材料中傳播時(shí)，遇到缺陷會(huì)產(chǎn)生反射或散射，通過分析接收到的超聲信號(hào)，可以判斷材料中是否存在缺陷及其位置和大小。例如，安泰電子的ATA-2000系列高壓放大器在磁致伸縮無損檢測(cè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其最大輸出電壓1600Vpp，-3dB帶寬DC~1MHz，能夠驅(qū)動(dòng)大部分磁致伸縮超聲換能器。

（二）超聲導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

在超聲導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，電壓放大器可用于驅(qū)動(dòng)磁致伸縮換能器產(chǎn)生超聲導(dǎo)波。超聲導(dǎo)波能夠沿著管道、桿等結(jié)構(gòu)傳播，適用于檢測(cè)長(zhǎng)距離結(jié)構(gòu)中的缺陷。通過信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)電壓放大器放大后驅(qū)動(dòng)磁致伸縮換能器發(fā)出超聲導(dǎo)波，超聲導(dǎo)波在鐵磁材料中傳輸，使用壓電傳感器接收信號(hào)，通過分析接收信號(hào)判斷鐵磁材料中是否存在缺陷。

（三）動(dòng)態(tài)電磁損耗測(cè)量實(shí)驗(yàn)

在動(dòng)態(tài)電磁損耗測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器與數(shù)字功率放大器組成動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)單元，產(chǎn)生幅值、頻率可調(diào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。磁致伸縮材料在該驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)下伸長(zhǎng)量發(fā)生變化從而產(chǎn)生振動(dòng)驅(qū)動(dòng)整個(gè)換能器振動(dòng)工作。電壓、電流傳感器組成信號(hào)測(cè)量單元，分別檢測(cè)超磁致伸縮換能器驅(qū)動(dòng)線圈的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)與探測(cè)線圈的感應(yīng)電壓信號(hào)。調(diào)理電路將傳感器送入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為±10V之內(nèi)的電壓信號(hào)，由DSP內(nèi)置AD采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以計(jì)算動(dòng)態(tài)電磁損耗。

（四）磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)

在磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)中，電壓放大器是數(shù)據(jù)采集與處理模塊的一部分。它將代表伸縮量的電壓信號(hào)和霍爾電壓進(jìn)行放大，供采集卡采集。通過電阻應(yīng)變法測(cè)量磁致伸縮系數(shù)λ，同時(shí)利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)。這種綜合實(shí)驗(yàn)儀可用于材料磁性能的測(cè)試，也適用于教學(xué)演示。

圖：電壓放大器基于BP-NSGA-II算法的超磁致伸縮執(zhí)行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用

（五）超磁致伸縮執(zhí)行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在基于BP-NSGA-II算法的超磁致伸縮執(zhí)行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦交流信號(hào)，經(jīng)電壓放大器放大后驅(qū)動(dòng)超磁致伸縮執(zhí)行器振動(dòng)。激光位移傳感器、示波器、數(shù)據(jù)采集卡及顯示設(shè)備與PC配合，完成數(shù)據(jù)的顯示、采集、處理及后續(xù)分析。通過這種方式，可以研究超磁致伸縮執(zhí)行器的位移和力輸出特性，并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)以提高性能。

（六）高頻磁致伸縮換能器輸出力特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證高頻磁致伸縮換能器的機(jī)電等效模型分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以通過改變輸入電流的大小與頻率，進(jìn)行振動(dòng)特性參數(shù)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中，使用阻抗分析儀測(cè)量換能器諧振頻率附近的阻抗特性，得到機(jī)械阻抗參數(shù)。同時(shí)，采用壓電式力傳感器測(cè)量不同輸入電流下的換能器輸出力，利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)與分析。

（七）磁致伸縮換能器自動(dòng)阻抗匹配實(shí)驗(yàn)

在磁致伸縮換能器自動(dòng)阻抗匹配實(shí)驗(yàn)中，阻抗匹配模塊為驅(qū)動(dòng)電源和磁致伸縮換能器之間提供匹配電容，完成電源與換能器之間的調(diào)諧，消除換能器的無功損耗，從而提高系統(tǒng)的工作效率。信號(hào)采集模塊采集換能器的輸入電壓、輸入電流信號(hào)，并將電路工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳送給反饋模塊。反饋模塊對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行放大處理后，進(jìn)行電壓電流相位超前滯后關(guān)系、電壓電流相位差大小的判斷，并將處理、判斷后得到的信息傳送給單片機(jī)控制模塊。單片機(jī)控制模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的匹配程序，對(duì)阻抗匹配模塊進(jìn)行在線控制，自動(dòng)實(shí)時(shí)地投切匹配電容，選擇最佳匹配電容值，完成驅(qū)動(dòng)電源與換能器之間的自動(dòng)阻抗匹配。

（八）磁致伸縮式超聲導(dǎo)波傳感器的孔裂紋損傷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

在磁致伸縮式超聲導(dǎo)波傳感器的孔裂紋損傷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器輸出正弦調(diào)制的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)過功率放大器進(jìn)行放大，輸出180Vpp電壓，電壓激勵(lì)磁致伸縮換能器發(fā)出超聲信號(hào)，超聲信號(hào)在鐵磁材料中傳輸，使用壓電傳感器接收，接收信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)在示波器上顯示。通過分析接收信號(hào)判斷鐵磁材料中是否存在缺陷。驅(qū)動(dòng)電磁超聲換能器后，激勵(lì)換能器和壓電傳感器存在間隔，發(fā)射波峰和回波波峰產(chǎn)生時(shí)間間隔，可以在示波器上觀察到明顯的發(fā)射和接收回波。

圖：電壓放大器在超磁致伸縮換能器孔裂紋缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

（九）基于超磁致伸縮換能器的CFRP板孔裂紋缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

在基于超磁致伸縮換能器的CFRP板孔裂紋缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，通過信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)波形，通過功率放大器放大，磁致伸縮換能器產(chǎn)生高能超聲信號(hào)，將PZT-5方形貼片用于信號(hào)采集，通過分析信號(hào)來判斷導(dǎo)波信號(hào)中包含的缺陷信息。實(shí)驗(yàn)中，掃頻可快速測(cè)試元件的頻率特性，通過產(chǎn)生不間斷頻率連續(xù)變化的信號(hào)，作用于換能器，獲得不同頻率下?lián)Q能器的響應(yīng)特性。通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換得到最終的缺陷云圖。

（十）磁致伸縮換能器的振動(dòng)特性研究實(shí)驗(yàn)

可以搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用阻抗分析儀測(cè)量換能器在一定頻率范圍內(nèi)的阻抗特性變化，繪制阻抗圓曲線圖，得到諧振頻率等參數(shù)。同時(shí)，采用壓電式力傳感器測(cè)量不同輸入電流下的換能器輸出力，利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)與分析，研究磁致伸縮換能器的振動(dòng)特性。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

以上就是電壓放大器驅(qū)動(dòng)磁致伸縮換能器能做哪些實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，如果對(duì)于電壓放大器還有什么不了解或者想知道的，歡迎咨詢安泰電子。

審核編輯 黃宇