實(shí)驗(yàn)名稱：激勵(lì)條件對(duì)于非線性超聲檢測(cè)的影響研究

研究方向：分析檢測(cè)系統(tǒng)非線性的干擾機(jī)制、對(duì)比不同類型激勵(lì)信號(hào)波形的檢測(cè)適配性、探究激勵(lì)信號(hào)周期數(shù)（能量）對(duì)非線性參量的影響

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^系統(tǒng)探究激勵(lì)條件相關(guān)變量對(duì)非線性超聲檢測(cè)結(jié)果的影響，排除干擾因素并篩選出能準(zhǔn)確表征碳纖維復(fù)合材料損傷的最優(yōu)激勵(lì)條件，為后續(xù)非線性超聲診斷成像研究奠定基礎(chǔ)。

測(cè)試設(shè)備：函數(shù)發(fā)生器、ATA-2031高壓放大器、空氣耦合發(fā)射超聲換能器、空氣耦合接收換能器、寬帶前置放大器、示波器、MATLAB頻譜分析、直流電源、碳纖維板材。

實(shí)驗(yàn)過程：首先，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后饋送至發(fā)射換能器，換能器通過壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。超聲波通過耦合層入射待測(cè)試樣，在試樣中傳播時(shí)，因材料的彈性非線性而發(fā)生畸變，產(chǎn)生非線性響應(yīng)。隨后，超聲波通過另一耦合層被接收換能器接收，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行前置放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過頻譜分析獲取基波振幅與二次諧波振幅，進(jìn)而計(jì)算非線性超聲參量。在該檢測(cè)系統(tǒng)中，由函數(shù)發(fā)生器(RigolDG4062)生成頻率為200kHz，峰峰值電壓為10V，發(fā)射間隔為200ms的脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過功率放大器(AigtekATA2031)放大14倍，以提高信號(hào)能量，并饋送至發(fā)射端超聲換能器。發(fā)射端換能器以固定角度發(fā)送超聲波，接收端換能器接收超聲波。隨后，接收信號(hào)經(jīng)過低噪聲、寬帶前置放大器(PXPA6)放大+60dB，并儲(chǔ)存在示波器(RigolMSO5074)中。最終，數(shù)據(jù)被導(dǎo)入PC，并利用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。整個(gè)測(cè)量過程由函數(shù)發(fā)生器的觸發(fā)信號(hào)同步控制。

圖1影響非線性超聲檢測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)

圖2斜入射同側(cè)式空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)

圖3斜入射同側(cè)式空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)各組成部分示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1、在單向碳纖維復(fù)合材料板中，不論是否存在裂紋，健康和損傷狀態(tài)下的接收信號(hào)中均包含高次諧波分量。但損傷信號(hào)中的諧波分量更為明顯，且根據(jù)基波幅度與高次諧波幅度計(jì)算出的相對(duì)非線性參量相比健康時(shí)明顯增加；

2、單向碳纖維復(fù)合材料板中兩個(gè)垂直方向上的非線性響應(yīng)有差異，從平行于碳纖維排布的裂紋(90°)中獲取的信號(hào)，所計(jì)算出的諧波幅度更大，損傷前后非線性參量的變化差異更為明顯；

3、能量過低的激勵(lì)信號(hào)無(wú)法引起明顯的非線性響應(yīng)，而增加激勵(lì)能量也無(wú)法保證損傷后的非線性參量持續(xù)增加。

圖4三種不同脈沖信號(hào)的時(shí)頻分析

電壓放大器推薦：ATA-2031

圖：ATA-2031高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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