功率放大器在Lamb波的耐压结构损伤识别研究中的应用

研究方向:

Lamb波的耐压结构

实验设备:

ATA-2022B功率放大器、任意函数发生器、数据采集卡、示波器

实验内容:

根据耐压结构的结构特点，设计一套耐压结构损伤识别系统，在不考虑环境噪声的情况下，利用压电传感器实时激发Lamb波并监测结构响应，经过数据收集和处理，从而判断损伤参数，当有损伤产生时，结构会因此产生不连续性从而导致波在传递过程中发生散射和折射，从而导致波形发生变化，进而通过分析来确定其中包含的损伤信息。

图：Lamb波的耐压结构实验中的仪器

实验过程:

首先通过软件编辑五周期中心频率200khz的Lamb波，导入任意波形发生器后进行双通道输出，任意函数发生器的最大输出电压为10v，通道一连接到示波器上进行接收波形的对比定位，通道二经过安泰ATA-2022H高压放大器放大10倍后，连接到激励压电陶瓷片上，压电陶瓷片用快干胶粘贴在打磨过的铝合金板上，并通过导线焊接引出正负极。

压电陶瓷片粘贴时需注意胶水涂抹均匀并按压30秒，等待数小时后达到效果。压电陶瓷片直径10mm，厚度1mm，最大驱动电压200v/mm，示波器选择通道一用于显示任意函数发生器产生的激励信号，二三四通道则用于连接待测结构上的接收传感器，作为接收信号使用。

图：50-300khz的Lamb波

通过频散曲线可得铝板在不同频率下模态特性，由频散曲线图可知，频率越小时板中的模态越少。为了选取最优中心频率，在实验中设定中心频率为50-300khz，间隔为50khz，通过调节任意函数发生器来改变Lamb波的中心频率。

图：Hilbert变换

通过实验确定最佳激发中心频率为200kHz，对所得信号进行250khz低通滤波和降噪处理后，采用希尔伯特变换进行位移曲线的包络处理来提取有效信息。对Lamb波在平板结构损伤识别中的应用进行研究，对含缺陷铝板进行数值模拟，基于椭圆定位法对损伤进行定位研究，获取回波信号并读取因损伤产生回波波峰所到达时间，从而定位出损伤所在位置。

实验结果:

通过实验研究激发中心频率对接收信号的影响，绘制出中心频率为50-300khz的Lamb波响应信号，并确立实验所用最佳激发中心频率。为了对实验采集到的信号进行有效提取，分别设置了250khz低通、150-250khz带通和150khz高通滤波器来进行信号的降噪处理，为了消除压电陶瓷片个体间的差异和环境因素影响，对实验结果进行了归一化处理。

验证了基于椭圆轨迹法的损伤定位方法，获取回波信号并读取因损伤产生回波波峰所到达时间，从而定位出损伤所在位置。

实验中用到的ATA-2022B功率放大器的参数指标：

本文实验案例参考自知网论文《基于Lamb波的耐压结构损伤识别研究》        

编辑：黄飞