電壓放大器在螺栓連接松動檢測系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它如同系統(tǒng)的"能量引擎"，確保檢測信號有足夠的強度進行有效傳輸與分析。下面我將從檢測方法、電壓放大器的核心作用、應(yīng)用案例以及選型要點等方面來為大家介紹。

一、螺栓松動檢測方法與放大器功能

螺栓連接的健康狀態(tài)直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的安全?；趹?yīng)力波或超聲波的檢測技術(shù)是當前研究的熱點。其核心思想是：通過分析螺栓連接處應(yīng)力波傳播特性的變化（例如信號幅值、能量衰減、非線性調(diào)制等）來推斷螺栓的預(yù)緊力狀態(tài)。

在這些方法中，壓電陶瓷片常被用作激勵傳感器和接收傳感器。然而，壓電陶瓷片通常需要較高的驅(qū)動電壓（幾十至上百伏）才能產(chǎn)生足夠強度的應(yīng)力波。這時，電壓放大器的作用就凸顯出來：

信號放大：將函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的低壓激勵信號（通常幾伏）放大到數(shù)十甚至數(shù)百伏的高壓信號。

能量保障：為壓電陶瓷片提供足夠的驅(qū)動能量，確保激勵的應(yīng)力波能夠有效傳播并在螺栓連接處產(chǎn)生可測量的響應(yīng)。

信號保真：高質(zhì)量的電壓放大器能在放大信號的同時，保持良好的線性度和低失真，確保后續(xù)信號分析的準確性。

二、典型應(yīng)用場景與案例

圖：面向木結(jié)構(gòu)的螺栓連接松動檢測系統(tǒng)設(shè)計

土木結(jié)構(gòu)螺栓監(jiān)測：

在木結(jié)構(gòu)建筑中，基于壓電時間反演法的螺栓松動檢測系統(tǒng)得以應(yīng)用。通過電壓放大器驅(qū)動壓電陶瓷片激發(fā)和接收超聲波信號，有效評估了木結(jié)構(gòu)中螺栓連接的健康狀況。

電力設(shè)備法蘭螺栓監(jiān)測：

針對GIS盆式絕緣子法蘭螺栓，提出超聲波監(jiān)測方法。通過壓電片激勵和接收超聲信號，利用接收信號的均方根偏差反映螺栓松動狀態(tài)。隨著松動螺栓數(shù)量增加，接收信號幅值下降，均方根偏差增大。該方法可判斷螺栓松動的數(shù)量及位置。

圖：ATA-2022B高壓放大器在螺栓松動檢測中的應(yīng)用

機械結(jié)構(gòu)與特種設(shè)備螺栓監(jiān)測：

各類鋼結(jié)構(gòu)橋梁、壓力容器、管道法蘭等連接螺栓的健康監(jiān)測，均可借鑒上述方法。例如，基于振動聲調(diào)制的方法，配合高精度扭矩扳手標定，實現(xiàn)了螺栓連接狀態(tài)的定量評估。

圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數(shù)

三、電壓放大器選型要點

為螺栓松動檢測系統(tǒng)選擇合適的電壓放大器時，需關(guān)注以下幾點：

輸出電壓范圍：需滿足壓電陶瓷片所需驅(qū)動電壓的要求，例如ATA-2022B高壓放大器能輸出最高200Vp-p(±100Vp)的電壓。

帶寬：應(yīng)覆蓋檢測方法所涉及的信號頻率范圍，例如超聲導(dǎo)波法可能選擇對稱模態(tài)S0和非對稱模態(tài)A0的低頻正弦蘭姆波作為超聲導(dǎo)波，頻率在120kHz-200kHz之間；而振動聲調(diào)制法則可能涉及低頻泵浦波和高頻探測波。

輸出電流與功率：確保能驅(qū)動壓電陶瓷負載。

通道數(shù)量：根據(jù)激勵信號的數(shù)量，確定需要單通道或多通道放大器。

信號保真度：低失真、低噪聲是準確識別螺栓松動信號特征的前提。

增益調(diào)節(jié)與控制接口：數(shù)控增益便于精確控制輸出電壓；程控接口方便系統(tǒng)集成。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數(shù)

電壓放大器在螺栓連接松動檢測系統(tǒng)中是不可或缺的關(guān)鍵部件，其性能直接影響檢測的有效距離、靈敏度和可靠性。通過合理選擇和運用電壓放大器，并結(jié)合適當?shù)臋z測方法（如振動聲調(diào)制法、壓電時間反演法等），能夠為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供有效的技術(shù)手段。

審核編輯 黃宇