實驗名稱：高壓功率放大器在復合材料沖擊損傷檢測技術中的應用

　　研究方向：超聲無損檢測、復合材料

　　實驗原理：

　　非(fei)線性振(zhen)動聲(sheng)調(diao)制技(ji)術(shu)向結(jie)構(gou)輸入兩種不同頻(pin)率(lv)的(de)連(lian)續(xu)正弦信號(hao)，即低(di)頻(pin)振(zhen)動信號(hao)與(yu)高頻(pin)超聲(sheng)信號(hao)。當(dang)結(jie)構(gou)完整時，接(jie)(jie)(jie)收信號(hao)的(de)頻(pin)譜(pu)僅有兩列(lie)輸入信號(hao)成(cheng)分；當(dang)結(jie)構(gou)中(zhong)存(cun)在缺陷時，施加低(di)頻(pin)振(zhen)動會(hui)使結(jie)構(gou)中(zhong)缺陷的(de)接(jie)(jie)(jie)觸(chu)界(jie)面反(fan)復閉合(he)，使低(di)頻(pin)振(zhen)動與(yu)高頻(pin)超聲(sheng)產生調(diao)制效應(ying)，接(jie)(jie)(jie)收信號(hao)中(zhong)會(hui)產生調(diao)制邊頻(pin)和高次諧波等其他成(cheng)分。通過(guo)觀察接(jie)(jie)(jie)收信號(hao)的(de)頻(pin)譜(pu)成(cheng)分，即可判(pan)斷結(jie)構(gou)中(zhong)是否(fou)存(cun)在缺陷，非(fei)線性振(zhen)動聲(sheng)調(diao)制檢測原(yuan)理如下(xia)圖所(suo)示：

　　圖(tu)：非線(xian)性振動聲調制檢測原理(li)

　　由振動聲(sheng)調制原理可知，當結構中(zhong)存在缺陷時，低頻(pin)振動與(yu)(yu)高頻(pin)超聲(sheng)信(xin)號會相(xiang)互作(zuo)用產生調制邊頻(pin)，調制邊頻(pin)的階數與(yu)(yu)幅(fu)值取(qu)決于調制強度及結構的損傷程(cheng)度。

　　測試設備：ATA-2041高壓放大器、PZT壓電晶片、疊堆式壓電陶瓷、激振器、信號發生器、多功能測試儀

　　實驗過程：

　　在(zai)非線性振動(dong)聲調制檢(jian)測中，需在(zai)試件激勵高頻(pin)(pin)超聲信號與低頻(pin)(pin)振動(dong)信號。使用(yong)PZT壓電晶片作為高頻超聲激勵與接收換能器，壓電晶片直徑為15ｍｍ，厚度為4mm。振動聲調制試樣常使用激振器作為低頻激勵裝置，但需要對試樣進行固定且激勵位置受限，采用疊堆式壓電陶瓷作為低頻激勵具有位置選擇靈活、安裝簡單等優點。通過疊堆壓電陶瓷激勵低頻振動，所有壓電陶瓷均使用雙組份環氧樹脂粘接在試樣上以保證耦合質量。使用信號發生器激勵連續正弦信號，通過ATA-2041高壓放大器加載到疊堆壓電陶瓷產生低頻振動，振動頻率選取各復合材料層板的模態頻率，幅值以10V為起始每次增加10V直至100V，形成穩定的振動場后使用多功能測試儀發射幅值為10Vpp的連續高頻超聲信號，并由PZT壓電片接收調制信號。為比較不同高頻超聲頻率對試驗結果的影響，使用特定超聲頻率，任意選取與特定頻率相近的91kHz作為三塊復合材料層板的超聲激勵頻率，各試樣低頻振動頻率保持不變。為保證較高的頻率分辨率，采樣頻率設置為1MHz，采樣長度為100Kpts。分別對三個試樣進行非線性振動聲調制檢測試驗，數據采集后傳入計算機進行分析。為最大程度減小邊界對試樣結果的影響，試驗中使用尼龍繩懸掛試樣以模擬自由邊界條件。為提高試驗準確性，降低偶然因素影響，各低頻電壓激勵時測量三次，取調制系數的平均值作為試驗結果，為便于對比超聲頻率對調制系數的影響，三個試樣各階模態調制系數的縱軸坐標均取同一范圍，試驗平臺示意圖如下圖所示。

　　圖：非線性振動聲調制試(shi)驗平(ping)臺

　　實驗結果：

　　1、非線性振動聲(sheng)調制(zhi)技術(shu)通(tong)過(guo)高頻(pin)超聲(sheng)與(yu)低頻(pin)振動在(zai)結(jie)構中的相互作用，會產生(sheng)調制(zhi)邊(bian)頻(pin)，通(tong)過(guo)調制(zhi)系數(shu)ＭＩ判斷調制(zhi)效(xiao)應(ying)的大小以判斷試樣是否(fou)存(cun)在(zai)缺(que)陷(xian)。通(tong)過(guo)合理(li)選取(qu)激(ji)勵頻(pin)率(lv)與(yu)幅值，此技術(shu)能(neng)夠(gou)有效(xiao)判別復合材料中是否(fou)存(cun)在(zai)沖擊損傷(shang)缺(que)陷(xian)，且(qie)與(yu)超聲(sheng)Ｃ掃描結(jie)果(guo)趨勢(shi)一致。

　　2、試樣的(de)調制系數隨(sui)電壓呈近(jin)似線性(xing)增(zeng)長趨勢(shi)，不同振(zhen)動模態下產生的(de)調制效(xiao)應各不相同，合理選取(qu)超(chao)聲頻率及(ji)振(zhen)動模態將有利于區分缺陷，文中選擇特定超(chao)聲頻率、第５階振(zhen)動模態及(ji)較小(xiao)的(de)低頻激勵幅值（大于20Vpp）即可較易分辨缺陷試樣。

　　圖：各式(shi)樣判(pan)定(ding)系數

　　安泰ATA-2041高壓放大器：

　　圖：ATA-2041高壓放大器的指標參數

　　本(ben)文實驗素材由西安安泰電子整理(li)發布，Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。如想了解更多實驗方案，請持續關注安泰電子官網hkdyw.cn或撥打029-88865020。西安安泰電(dian)子是專業從事功(gong)率放(fang)大(da)器、高壓放大(da)器、功率信號源(yuan)、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度(du)電(dian)流源等(deng)電子測量(liang)儀器(qi)研發(fa)、生產和銷售的高(gao)科技企業。