實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):

功率放大器在Lamb波的耐壓結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究中的應(yīng)用

研究方向:

Lamb波的耐壓結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:

ATA-2022B功率放大器、任意函數(shù)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡、示波器

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

根據(jù)耐壓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套耐壓結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別系統(tǒng)，在不考慮環(huán)境噪聲的情況下，利用壓電傳感器實(shí)時(shí)激發(fā)Lamb波并監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集和處理，從而判斷損傷參數(shù)，當(dāng)有損傷產(chǎn)生時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)因此產(chǎn)生不連續(xù)性從而導(dǎo)致波在傳遞過(guò)程中發(fā)生散射和折射，從而導(dǎo)致波形發(fā)生變化，進(jìn)而通過(guò)分析來(lái)確定其中包含的損傷信息。

圖：Lamb波的耐壓結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中的儀器

實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

首先通過(guò)軟件編輯五周期中心頻率200khz的Lamb波，導(dǎo)入任意波形發(fā)生器后進(jìn)行雙通道輸出，任意函數(shù)發(fā)生器的最大輸出電壓為10v，通道一連接到示波器上進(jìn)行接收波形的對(duì)比定位，通道二經(jīng)過(guò)安泰ATA-2022H高壓放大器放大10倍后，連接到激勵(lì)壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片用快干膠粘貼在打磨過(guò)的鋁合金板上，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)焊接引出正負(fù)極。

壓電陶瓷片粘貼時(shí)需注意膠水涂抹均勻并按壓30秒，等待數(shù)小時(shí)后達(dá)到效果。壓電陶瓷片直徑10mm，厚度1mm，最大驅(qū)動(dòng)電壓200v/mm，示波器選擇通道一用于顯示任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)，二三四通道則用于連接待測(cè)結(jié)構(gòu)上的接收傳感器，作為接收信號(hào)使用。

圖：50-300khz的Lamb波

通過(guò)頻散曲線(xiàn)可得鋁板在不同頻率下模態(tài)特性，由頻散曲線(xiàn)圖可知，頻率越小時(shí)板中的模態(tài)越少。為了選取最優(yōu)中心頻率，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)定中心頻率為50-300khz，間隔為50khz，通過(guò)調(diào)節(jié)任意函數(shù)發(fā)生器來(lái)改變Lamb波的中心頻率。

圖：Hilbert變換

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳激發(fā)中心頻率為200kHz，對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行250khz低通濾波和降噪處理后，采用希爾伯特變換進(jìn)行位移曲線(xiàn)的包絡(luò)處理來(lái)提取有效信息。對(duì)Lamb波在平板結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的應(yīng)用進(jìn)行研究，對(duì)含缺陷鋁板進(jìn)行數(shù)值模擬，基于橢圓定位法對(duì)損傷進(jìn)行定位研究，獲取回波信號(hào)并讀取因損傷產(chǎn)生回波波峰所到達(dá)時(shí)間，從而定位出損傷所在位置。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究激發(fā)中心頻率對(duì)接收信號(hào)的影響，繪制出中心頻率為50-300khz的Lamb波響應(yīng)信號(hào)，并確立實(shí)驗(yàn)所用最佳激發(fā)中心頻率。為了對(duì)實(shí)驗(yàn)采集到的信號(hào)進(jìn)行有效提取，分別設(shè)置了250khz低通、150-250khz帶通和150khz高通濾波器來(lái)進(jìn)行信號(hào)的降噪處理，為了消除壓電陶瓷片個(gè)體間的差異和環(huán)境因素影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了歸一化處理。

驗(yàn)證了基于橢圓軌跡法的損傷定位方法，獲取回波信號(hào)并讀取因損傷產(chǎn)生回波波峰所到達(dá)時(shí)間，從而定位出損傷所在位置。