實驗名稱：窄帶激勵條件下的蘭姆波時(shi)域信號參數估計(ji)研究

　　研究方向：Lamb波

　　測試目的：

　　基(ji)于Lamb波的二階頻散理論，提出了時域信號的波包模型，為全文奠定理論基礎。模型考慮兩種情況：初始激勵以單模態傳播和由模態轉換現象引起的雙模態傳播。在模型推導過程中，明確地給出了模型參數、傳播距離、頻散特征之間的解析關系。在時-頻域內，通過實驗信號或（和）數值模擬信號對模型進行了驗證。

　　利用信號(hao)波包(bao)模型，將信號(hao)處理過程中(zhong)的反卷積問題轉化為參數(shu)估計問題。為解決參數(shu)估計問題，提出了一種基于(yu)期望-最大化算法的Lamb波信號處理技術，用于對信號參數進行估計。通過合成信號，對該信號處理方法的收斂性、抗噪聲能力以及參數估計結果可靠性進行了驗證。同時，利用實驗測量信號或（和）數值模擬信號，驗證了單模態傳播模型中各參數與傳播距離、頻散特征間的關系，并利用其關系提出了一種從信號中提取模態頻散特征的方法。

　　測試設(she)備：ATA-2022功率放大器、信號采集卡、信號輸出卡、電腦。

　　實(shi)驗過程：

圖：（a）被測鋁板；（b）傳感器及用于激發AO和SO模態初始激勵的外接電路示意圖

　　如圖上圖a所示，2024鋁(lv)板厚度為2mm，兩(liang)個傳感器對相距36.0cm。在本次試驗中，1號點上下對稱粘貼的傳感器對被用作激勵器，2號點的上表面傳感器被用作接收器。每個傳感器點包含兩個尺寸一致且上下表面對稱粘貼的PZT-5H圓形壓電晶片，其厚度為0.2mm，直徑為(wei)10.0mm。采用上圖b所示的外接電路分別對上下傳感器施加同相和反相電場，以激發出“單純”的S0模態和A0模態的初始激勵。

圖2：實驗設備

　　實驗(yan)的外接電(dian)路和控制單元(yuan)如(ru)圖2所示。其中，控制軟件由自編的Labview程序完成，負責控制激勵信號的生成和數據的同步采集。同時，根據激勵情況對信號進行帶通濾波處理（例如當激勵信號的中心頻率為140KHz時，可將帶通設為20KHz?600KHz，在不對信(xin)號(hao)(hao)造成影(ying)響(xiang)的前提(ti)下(xia)，避免(mian)電磁干擾(rao)對信(xin)號(hao)(hao)的影(ying)響(xiang)）。激勵信(xin)號(hao)(hao)由信(xin)號(hao)(hao)輸(shu)出板卡生成，輸(shu)出信(xin)號(hao)(hao)經由ATA-2022功率放大(da)器放大(da)后(hou)驅動激勵單元，信(xin)號采集(ji)板卡負責彈性波(bo)信(xin)號采集(ji)。

圖3：數值模擬模型

　　基于(yu)平面應變假(jia)設(she)，用ABAQUS有限元軟件針對如圖3所示的模型進行模擬。在A點的上表面At處和下表面Ab處分別施加對稱和反對稱載荷以激勵出A0和SO兩種模態的初始激勵，B點應(ying)力的(de)歷史輸出即為(wei)(wei)采樣信號。在模擬過程中，為(wei)(wei)保證結果的(de)精確性(xing)，采用(yong)實體(ti)單元，劃分網格密度(du)為(wei)(wei)0.2mm。材料參數為(wei)(wei)上文所提到的(de)2024鋁板參數，模型厚度(du)為(wei)(wei)2.0mm，長度為(wei)1.0m，A點與B點間(jian)距為(wei)36.0cm。

　　實驗結果：

　　圖：2mm鋁板中傳播36cm的Lamb波波包，A0模態：(a)合成信號；(b)數值模擬信號；(c)實驗信號。S0模態：(d)合成信號；(e)數值模擬信號；(f)實驗信號。

　　對比信號(hao)波(bo)形可以發現：雖然三種(zhong)信號(hao)在(zai)(zai)(zai)抵達時間(jian)和時間(jian)跨度(du)上呈(cheng)現出相(xiang)(xiang)似的(de)特征(zheng)，但是波(bo)形的(de)具體細節有所差別(bie)，主(zhu)要(yao)體現在(zai)(zai)(zai)相(xiang)(xiang)位(wei)上。這是因為：在(zai)(zai)(zai)構建合成信號(hao)時，并(bing)未(wei)將相(xiang)(xiang)速度(du)予以考慮，因此造成的(de)相(xiang)(xiang)位(wei)的(de)差別(bie)。

　　安泰(tai)ATA-2022B高壓放大器：

圖(tu)：ATA-2022B高壓放大器指標參數

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