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

研究方向:Lamb波的耐壓結(jié)構(gòu)

實驗設(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

實驗內(nèi)容:

根據(jù)耐壓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計一套耐壓結(jié)構(gòu)損傷識別系統(tǒng)，在不考慮環(huán)境噪聲的情況下，利用壓電傳感器實時激發(fā)Lamb波并監(jiān)測結(jié)構(gòu)響應(yīng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)收集和處理，從而判斷損傷參數(shù)，當有損傷產(chǎn)生時，結(jié)構(gòu)會因此產(chǎn)生不連續(xù)性從而導(dǎo)致波在傳遞過程中發(fā)生散射和折射，從而導(dǎo)致波形發(fā)生變化，進而通過分析來確定其中包含的損傷信息。

圖：Lamb波的耐壓結(jié)構(gòu)實驗中的儀器

實驗過程:

首先通過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行接收波形的對比定位，通道二經(jīng)過安泰ATA-2022H高壓放大器放大10倍后，連接到激勵壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片用快干膠粘貼在打磨過的鋁合金板上，并通過導(dǎo)線焊接引出正負極。

壓電陶瓷片粘貼時需注意膠水涂抹均勻并按壓30秒，等待數(shù)小時后達到效果。壓電陶瓷片直徑10mm，厚度1mm，最大驅(qū)動電壓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)生的激勵信號，二三四通道則用于連接待測結(jié)構(gòu)上的接收傳感器，作為接收信號使用。

圖：50-300khz的Lamb波

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

圖：Hilbert變換

通過實驗確定最佳激發(fā)中心頻率為200kHz，對所得信號進行250khz低通濾波和降噪處理后，采用希爾伯特變換進行位移曲線的包絡(luò)處理來提取有效信息。對Lamb波在平板結(jié)構(gòu)損傷識別中的應(yīng)用進行研究，對含缺陷鋁板進行數(shù)值模擬，基于橢圓定位法對損傷進行定位研究，獲取回波信號并讀取因損傷產(chǎn)生回波波峰所到達時間，從而定位出損傷所在位置。

實驗結(jié)果:

通過實驗研究激發(fā)中心頻率對接收信號的影響，繪制出中心頻率為50-300khz的Lamb波響應(yīng)信號，并確立實驗所用最佳激發(fā)中心頻率。為了對實驗采集到的信號進行有效提取，分別設(shè)置了250khz低通、150-250khz帶通和150khz高通濾波器來進行信號的降噪處理，為了消除壓電陶瓷片個體間的差異和環(huán)境因素影響，對實驗結(jié)果進行了歸一化處理。

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

實驗中用到的ATA-2022B高壓放大器的參數(shù)指標：

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審核編輯 黃宇