|
本文Aigtek安泰電子將與大家分享，功率放大器在超聲技術(shù)鋁板損傷監控實(shí)驗研究中的應用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發(fā)。 超聲技術(shù)的最初想法起源于D.E.Egle等人的工作[12]他們在致力于尋求改進(jìn)表征各種聲發(fā)射信號和聲發(fā)射源的問(wèn)題中，用各種聲激勵法來(lái)研究應力波模型。在其工作基礎上，A.町提出并完整歸納出應力波因子技術(shù)思想[3]他建議用超聲模擬應力波和聲發(fā)射信號分析法來(lái)評價(jià)復合材料的性質(zhì)和缺陷狀態(tài)，這就是聲·超聲技術(shù)。該技術(shù)的基本思想是:采用壓電換能器或者激光照射等手段在復合材料(或各向同性材料)表面激發(fā)詢(xún)問(wèn)脈沖應力波，與此同時(shí)再利用壓電傳感器在材料的同一表面的其它一個(gè)或多個(gè)地方接收應力波信號，在此基礎上通過(guò)信號分析確定反映材料對于瞬間脈沖波傳播效率的應力波因子(stresswavefaωrSWF)[4]從而以此表征材料的機械性能的變化。該技術(shù)是受聲發(fā)射技術(shù)啟發(fā)而產(chǎn)生的，故又稱(chēng)聲·超聲技術(shù)或主動(dòng)聲發(fā)射技術(shù)，是結構損傷檢測及完整性動(dòng)態(tài)評估方面的一項新技術(shù)，特別適合于各類(lèi)結構的健康監控。 因此自20世紀80年代問(wèn)世以來(lái)，聲-超聲技術(shù)吸引了人們的極大興趣。早期的聲·超聲技術(shù)研究主要集中在應力波的激勵、檢測和傳播特性方面。隨著(zhù)信號分析方法的發(fā)展，人們開(kāi)始采用常規或更先進(jìn)的信號分析手段對應力波因子的提取、量化方法及利用應力波因子對材料損傷類(lèi)型及損傷狀態(tài)進(jìn)行監測評價(jià)。目前，聲『超聲技術(shù)正由原來(lái)的靜態(tài)檢測走向動(dòng)態(tài)監測，對象也從復合材料層板或板類(lèi)結構擴展到纏繞壓力容器、鋼絲繩、粘接接頭等多種結構。同時(shí)，人們更關(guān)注于應力波因子技術(shù)與材料的機械力學(xué)性能間的內在聯(lián)系研究。 由板波理論可知[旬，聲-超聲技術(shù)在薄板中激發(fā)的彈性波為L(cháng)amb波。因此，對Lamb波進(jìn)行合理有效的分析，發(fā)掘出包含在Lamb波中的關(guān)于檢測對象的信息是聲-超聲技術(shù)應用的關(guān)鍵。筆者主要針對LY12α鋁板，采用信號短時(shí)均方根(SMS)方法，對聲-超聲技術(shù)在鋁板中激發(fā)的Lamb波的特性進(jìn)行實(shí)驗研究，對鋁板中有無(wú)模擬損傷的情況做了對比研究和分析，以期為基于聲-超聲技術(shù)的結構健康監控系統研究打下基礎。 1聲·超聲技術(shù)中的Lamb波 Lamb波是在自由板中產(chǎn)生的平面應變波，在板的上下表面應力(tractionforce)為零。Lamb波具有頻散特性，其速度隨頻率的改變而改變，群速度和相速度不相等。其波動(dòng)方程是瑞利-蘭姆方程[6)表達式為 2基于信號短時(shí)均方根(SMS)的Lamb波傳播特性分析方法 波的傳播即是能量傳播的過(guò)程，因此可以通過(guò)對能量的分析達到了解波的傳播特性的目的。信號均方(root-mean-squareRMS)分析是能量分析中常用的方法，RMS的大小代表信號的總能量。文獻[7J提出了一種短時(shí)能量的概念，借鑒其思路，筆者采用了一種短RMS(short-time-root-mean-square)的分析方法對Lamb波信號進(jìn)行分析。 若將一個(gè)Lamb波傳播信號按時(shí)序等分為小段信號并求其均方根值，則MS值反映了各小段信號的能量特征，若按時(shí)間順序將其排列起來(lái)，則可以表征信號的能量傳播特征。因此，筆者采用MS從能量傳播的角度來(lái)度量各模態(tài)波的平均傳播速度和特性。 3實(shí)驗裝置及儀器配置 4完好鋁板中Lam波特性分析 采用尺寸為715mmx475mmx3.5mm的完好LY12CZ鋁板進(jìn)行測試，壓電片分別布置在鋁板同側表面上，分別位于A(yíng)(365，400)、B(365350)C(365250)三點(diǎn)A為激勵源BC為接收傳感器。見(jiàn)圖4。取每10個(gè)采樣點(diǎn)為單元對信號進(jìn)行STRMS分析。圖給出激勵信號頻率為250kHz350kHz兩點(diǎn)接收到Lam波信號的STRMS分析結果。根據STRMS原理，信號的STRMS序列的最大幅值點(diǎn)對應Lamb波的能量中心經(jīng)過(guò)傳感器中心位置的時(shí)刻，而幅值高低表征該Lamb波能量的強弱。因此，可根據所獲得的STRMS序列確定Lamb波的傳播情況及各模態(tài)波能量中心到達各傳感器的準確時(shí)刻，據此可計算出Lamb波的群速度。改變激勵頻率可得到一系列的群速度，經(jīng)與理論群速度對照，可確定Lam波的模態(tài)。 5含缺陷鋁板中Lamb波特性分析 含缺陷鋁板的外形尺寸和圖一致。板上有一個(gè)模擬裂紋缺陷的通透槽，槽的尺寸是30mmx1mm，以板的左下角為坐標原點(diǎn)則缺陷中心坐標為(225,140)，與底邊夾角135度。 壓電傳感器的布置則采用兩種方案。方案A的3個(gè)傳感器1#2#3#布置于缺陸周?chē)�，其中�?#3#傳感器連線(xiàn)垂直平分缺陷槽，間距30mm，1#、2#連線(xiàn)平行于缺陷槽，間距20mm，如圖6(a)所示。方案B的4個(gè)傳感器分布在一個(gè)邊長(cháng)為100mm的正方形頂角上，正方形左下角點(diǎn)的坐標是(200mm，100mm)，詳見(jiàn)圖6(b)。激勵頻率采用175kHz和350kHz。 5.1方案的Lamb波特性分析 當激勵頻率為350kHz(So模態(tài))時(shí)，幾乎所有路徑的Lamb波能量都發(fā)生了不同程度的明顯衰減，特別是當模擬損傷位于傳播路徑(1←→3，圖l0(b))上時(shí)，直接到達Lamb波的能量也發(fā)生了衰減，而對于其他路徑，衰減均發(fā)生在多次反射過(guò)程中經(jīng)過(guò)損傷區域后到達的Lamb波上。圖l0(a)中箭頭標示的衰減位置的Lamb波就是經(jīng)過(guò)上表面反射回來(lái)的，但因為模擬損傷剛好處于該傳播路徑上，與路徑夾角約63度，大大降低了經(jīng)由該方向的Lamb波能量。表明模擬損傷的存在對Lamb波的傳播造成顯著(zhù)的影響，主要是Lamb波在經(jīng)過(guò)損傷位置時(shí)部分能量在相互作用的過(guò)程中消耗掉或發(fā)散到其他方向，表現在STRMS圖形上就是幅值降低。 ATA-4014C高壓功率放大器 6結束語(yǔ) 筆者采用短時(shí)均方根能量分析方法對鋁板中Lam波的傳播特性進(jìn)行實(shí)驗研究，首先分析了不同激勵條件下完好薄板中Lamb波的傳播特性。在此基礎上，對含模擬缺陷鋁板的Lamb波的傳播特性進(jìn)行了研究，得出了一些有價(jià)值的結論。 本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續關(guān)注我們。本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續關(guān)注我們。西安安泰電子是專(zhuān)業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率放大器模塊、功率信號源、射頻功率放大器、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量?jì)x器研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的高科技企業(yè)，為用戶(hù)提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。功率放大器www.aigtek.com |
