實(shi)驗名稱(cheng)：電(dian)壓放大器(qi)在非共(gong)線(xian)混頻方法檢測(ce)混凝土中的應(ying)用

　　研究方向：無損(sun)檢測

　　測試目的(de)：

　　無損(sun)(sun)(sun)檢測(ce)是在(zai)不(bu)(bu)損(sun)(sun)(sun)傷或不(bu)(bu)干(gan)擾待(dai)測(ce)物體的(de)(de)(de)結構材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)情(qing)況下，對其內部損(sun)(sun)(sun)傷進行(xing)探測(ce)的(de)(de)(de)方法。傳(chuan)統(tong)無損(sun)(sun)(sun)檢測(ce)法在(zai)儀器攜帶，操(cao)作程序，檢測(ce)精度(du)，損(sun)(sun)(sun)傷定(ding)位等(deng)方面有(you)諸多不(bu)(bu)足和局限性，基于這(zhe)些情(qing)況，提出(chu)了非(fei)(fei)(fei)線性超聲(sheng)混(hun)頻檢測(ce)方法。當兩(liang)列入射(she)基頻超聲(sheng)波(bo)(bo)滿足特(te)定(ding)的(de)(de)(de)條件后，在(zai)具有(you)非(fei)(fei)(fei)線性源介質傳(chuan)播過程中相遇將發生諧振(zhen)效應，產生第(di)三列超聲(sheng)波(bo)(bo)，即(ji)混(hun)頻波(bo)(bo)，該(gai)波(bo)(bo)包含著傳(chuan)播介質材(cai)料(liao)損(sun)(sun)(sun)傷的(de)(de)(de)相關參(can)數信(xin)息。該(gai)現(xian)象的(de)(de)(de)發現(xian)極大(da)(da)地(di)推動了非(fei)(fei)(fei)線性超聲(sheng)非(fei)(fei)(fei)共線混(hun)頻法的(de)(de)(de)研(yan)究進展。根據(ju)兩(liang)列入射(she)基頻超聲(sheng)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)方向(xiang)是否共線平行(xing)，可將非(fei)(fei)(fei)線性超聲(sheng)混(hun)頻檢測(ce)法劃分成非(fei)(fei)(fei)共線混(hun)頻檢測(ce)法和共線混(hun)頻檢測(ce)法兩(liang)類。其中的(de)(de)(de)非(fei)(fei)(fei)共線混(hun)頻檢測(ce)技術具有(you)頻率可選、空間選擇、方向(xiang)可控(kong)等(deng)明(ming)顯優勢，除(chu)了對微(wei)損(sun)(sun)(sun)傷敏(min)感度(du)高之(zhi)外，還(huan)可通過分開激勵兩(liang)列入射(she)聲(sheng)波(bo)(bo)，采用相位反轉法，有(you)效排除(chu)非(fei)(fei)(fei)線性源的(de)(de)(de)影響，因此有(you)巨大(da)(da)的(de)(de)(de)研(yan)究潛力。

　　測(ce)試設備：ATA-2042高壓放大器、信號發生器、示波器、發射換能器、有機玻璃楔塊組等。

　　圖：非(fei)共線(xian)混頻測試(shi)裝(zhuang)置實物圖

　　實驗過(guo)程(cheng)：

　　在完整混(hun)凝(ning)土非共線混(hun)頻試驗中，需要先制備混(hun)凝(ning)土試樣，然后使用(yong)信號發生器，高壓放大器ATA-2042，示波器來搭建完整混凝土非共線混頻測試裝置，接著通過計算得到一組有機玻璃楔塊角度52度和71度之后，聯系相關廠家定制得到有機玻璃楔塊組。楔塊組與混凝土試樣以及超聲波換能器兩兩之間使用超聲耦合劑凡士林粘接。

　　圖(tu)(tu)：非(fei)共線混(hun)頻測試裝(zhuang)置示意圖(tu)(tu)

　　確定基頻波(bo)頻率(lv)比d為0.83，PXR04換能器設置接近最優激勵參數40kHz，PXR07換能器設置激勵參數為48kHz，激勵幅值皆為150V，示波器采樣率設為5MSa/s。由于試驗儀器的限制，信號發生器激勵波形采用的是雙通道正弦波。

　　在(zai)能夠(gou)正常(chang)運行檢(jian)測的情況下(xia)，試驗測試過程(cheng)中分別(bie)(bie)改(gai)變基頻(pin)(pin)波的頻(pin)(pin)率和(he)幅值(zhi)，研究(jiu)各參數(shu)包(bao)括(kuo)非(fei)(fei)線(xian)性系(xi)數(shu)之間的變化規律。且分別(bie)(bie)運用(yong)非(fei)(fei)共(gong)線(xian)混(hun)頻(pin)(pin)法(fa)和(he)高次(ci)諧波法(fa)進行探測，這(zhe)里高次(ci)諧波法(fa)主要是用(yong)來與(yu)非(fei)(fei)共(gong)線(xian)混(hun)頻(pin)(pin)法(fa)做(zuo)對比，體現(xian)非(fei)(fei)共(gong)線(xian)混(hun)頻(pin)(pin)法(fa)良好的檢(jian)測效果。

　　實(shi)驗(yan)結果：

　　一、基頻頻率變(bian)化的影響

　　圖3：基頻頻率與各參數變化趨勢

　　圖4：基頻頻率與A3變化趨勢

　　由圖3和圖4可知，保持頻率比d不變，隨著頻率w2不斷增加，A1，A2，A3幅度變化總體趨勢是增加的，中間有個別的點顯示與總體趨勢有些突兀不同，原因可能是試驗過程中儀器與試樣之間的耦合效果不好，同時混凝土是多成分復合材料，具有較強的隨機性和離散性。通過分析可知，基頻頻率的變化會導致混頻非線性系數的變化，兩者是有關系的。

　　二、基頻幅度變(bian)化的(de)影(ying)響

　　圖5：A3與A1關系

　　圖6：A3與A2關系

　　近似的(de)，還(huan)可以得到A3隨A1變化趨勢以及A3隨A2變化趨勢如圖5和圖6；A3隨A1變化趨勢以及A3隨A2變化趨勢都是大致增加的。混頻波和頻頻率是兩基頻頻率之和，即混頻和頻波能量接近兩基頻波能量之和，這基本符合圖中的逐漸上升的變化趨勢。

　　三(san)、與高次諧波法試驗(yan)結果對比(bi)

　　圖7：高次諧波法試驗結果對比

　　由(you)上圖可看出，無論是(shi)從敏感(gan)(gan)度系(xi)數，還是(shi)在標(biao)準差和離(li)散系(xi)數方(fang)(fang)面，非(fei)共(gong)線混頻方(fang)(fang)法對高(gao)次諧波(bo)明顯的(de)優(you)勢，其非(fei)線性系(xi)數對基頻波(bo)頻率(lv)變(bian)化(hua)(hua)和幅值變(bian)化(hua)(hua)而相應的(de)變(bian)化(hua)(hua)幅度更大(da)，更敏感(gan)(gan)。

　　在相同的(de)(de)試驗條(tiao)件下，運(yun)用高(gao)次(ci)(ci)諧波(bo)法做對比(bi)試驗，綜合敏(min)感(gan)(gan)度系數(shu)(shu)，標(biao)準差(cha)以及(ji)離散(san)系數(shu)(shu)等表(biao)征參數(shu)(shu)，發現相對于高(gao)次(ci)(ci)諧波(bo)法，非共線(xian)混頻(pin)(pin)法的(de)(de)非線(xian)性系數(shu)(shu)對基頻(pin)(pin)波(bo)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)和幅值變化更具有敏(min)感(gan)(gan)性。

　　安泰(tai)ATA-2042高壓放大器：

　　圖：ATA-2042高壓放大器指標參數

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　　本文(wen)實驗(yan)案例參考自知(zhi)網論(lun)文(wen)《基于(yu)混頻測試的混凝土(tu)非線(xian)性(xing)聲學特性(xing)的試驗(yan)研究(jiu)》