實(shí)驗(yàn)名稱：斜錐型超聲波傳感器的性能研究

測(cè)試目的：FBG超聲波傳感器性能主要有三個(gè)指標(biāo)，分別是頻率分辨特性、頻率響應(yīng)特性、線性度特性。由于超聲波清洗機(jī)為整體振動(dòng)，且機(jī)身每點(diǎn)的振幅不同，而雙斜錐傳感器需要有兩個(gè)面接觸被測(cè)物體，會(huì)影響傳感器性能的驗(yàn)證。故采用信號(hào)發(fā)生器連接壓電陶瓷片單點(diǎn)產(chǎn)生超聲信號(hào)，用以驗(yàn)證雙斜錐傳感器的性能。

測(cè)試設(shè)備：ATA-2021B高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、壓電陶瓷片、筆記本電腦、雙斜錐超聲波傳感器、光電探測(cè)器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：FBG窄帶光源解調(diào)系統(tǒng)

搭建如圖1所示的FBG窄帶光源解調(diào)系統(tǒng)，高靈敏度窄帶光源解調(diào)硬件系統(tǒng)主要包括接收和激勵(lì)兩部分，其中激勵(lì)部分由信號(hào)發(fā)生器、安泰高壓放大器示波器、壓電陶瓷片、筆記本電腦構(gòu)成；接收部分由可調(diào)諧窄線寬激光器、光環(huán)形器、雙斜錐超聲波傳感器、光電探測(cè)器組成。

激勵(lì)部分工作的原理是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)ATA-2021B高壓放大器放大后，激勵(lì)PZT產(chǎn)生超聲波并垂直耦合進(jìn)入到待測(cè)結(jié)構(gòu)中傳播。

圖2：安泰ATA-2021B高壓放大器

功率放大器的主要作用是放大信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的微弱電壓信號(hào)，提高PZT振動(dòng)的幅度。本實(shí)驗(yàn)使用的是安泰ATA-2021B高壓放大器（圖2），是一款單通道高壓放大器，可放大交直流信號(hào)。它的輸出電壓范圍最大為200Vp-p，輸出電壓范圍可根據(jù)輸出軌調(diào)節(jié)；直流偏置電壓三檔可調(diào)，連續(xù)變化最大可輸出±160V，可以實(shí)現(xiàn)輸出非對(duì)稱信號(hào)需求，驅(qū)動(dòng)高壓型負(fù)載。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)中固定激勵(lì)源與傳感器位置，研究了雙斜錐超聲波傳感器的頻率分辨特性和頻率響應(yīng)特性。

圖3：FBG檢測(cè)超高頻正弦信號(hào)（a）4MHz（b）6MHz

使用雙斜錐FBG超聲波傳感器能檢測(cè)了4MHz和6MHz超高頻正弦信號(hào)，如圖3所示，檢測(cè)到的信號(hào)畸變并不明顯，說(shuō)明了光柵傳感器本身有檢測(cè)超高頻信號(hào)的能力，通過(guò)改進(jìn)傳感器的結(jié)構(gòu)或解調(diào)系統(tǒng)，可以有效增加傳感器的檢測(cè)帶寬。

圖4：雙斜錐FBG傳感器檢測(cè)到的20～130kHz正弦信號(hào)

為測(cè)試傳感器對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)幅度，使用雙斜錐超聲波傳感器對(duì)頻率為20～130kHz的正弦超聲波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

高壓放大器推薦：ATA-2021B

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇