關于超聲導波

超聲導波是一種沿特定路徑傳播的超聲波，通常是在結構內部（如管道、板材等）沿著邊界條件形成的波導結構中傳播，利用結構的幾何特性和材料屬性來引導聲波的傳播路徑，能夠實現對整個結構的大面積快速掃描；提高檢測效率；降低檢測成本，特別適用于大型結構（如管道、橋梁、飛機機身等）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，精準放大到足夠功率，驅動換能器產生強而穩(wěn)定的超聲導波，沒有功率放大器的賦能，超聲導波的長距離檢測、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)展開的彎管導波散射特性分析中的應用

本實驗，利用簡正模態(tài)展開法研究了波導在彎管中的散射。測試管與“雙正交關系的數值驗證”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°。由任意函數發(fā)生器產生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)管道中的縱向導波。

▼高壓放大器在基于超聲導波對復合材料板進行損傷定位及評估中的應用

本實驗基于超聲導波對復合材料板進行損傷定位及評估，輸入信號的中心頻率為80kHz。超聲導波信號以10MHz的速率采樣，激勵電壓設置為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置為60db。為了簡化數據集的獲取，考慮了額外的質量塊來模擬實際損傷。

▼寬帶放大器在超聲導波結冰探測中的應用

本實驗，利用超聲導波實現飛機結冰的定量辨識方法能夠顯著提高飛機運行的安全性。為了驗證數值模擬的有效性，開發(fā)了一個靜/動態(tài)結冰探測實驗系統(tǒng)來評估在噴霧條件下基于Lamb波的結冰探測的可行性。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波可以實現動態(tài)結冰過程中積冰量的有效辨識。

▼高壓放大器環(huán)境溫度和結構應力對導波傳播特性耦合影響研究中的應用

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

▼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)中的應用

本研究聚焦于剪切水平導波（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，結合仿真與實驗，評估其在高溫壁厚監(jiān)測等應用中的可行性。

▼高壓放大器在超聲導波全波場腐蝕成像中的應用

本實驗，使用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調制的400kHz5周期正弦脈沖信號，經由ATA-2022B高壓放大器進一步放大驅動PZT壓電片產生超聲導波，利用激光測振儀記錄試樣表面的超聲導波全波場數據，進行信號處理和缺陷成像。

▼高壓放大器在道岔直尖軌超聲導波信號輸出實驗中的應用

本實驗中，道岔直尖軌為截面異型的變截面工程結構，導波在其中的傳播特性十分復雜，即使是單一模態(tài)的導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)現了直尖軌中的彩虹捕獲效應。

更多應用案例分享

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審核編輯 黃宇