ATA-2161高压扩大器在超声导波换能器研讨中的运用_铝圆片

ATA-2161高压扩大器在超声导波换能器研讨中的运用

时间：2025-02-14 17:04:52 来源：铝圆片

　　试验意图：自动式结构健康监测选用驱动器对结构施加鼓励信号，传感器接纳呼应信号，完成对在役工程结构的实时在线监测，有效地进行结构剩下寿数点评和故障诊断。压电式超声导波检测的新办法是现在运用广泛且十分有远景的办法，因为压电材料的正、逆压电效应，压电元件能一起充任驱动器与传感器。可是作为驱动器的压电振子，如PZT，一般具有多种振荡模态，发生的导波较为杂乱，给后续的信号处理形成困难。用于SHM的压电传感器会永久性地布置在结构上，抱负的材料是具有低概括且契合结构的传感器。本试验中以质轻、柔韧的P(VDF-TrFE)材料作为传感器，测验其接纳超声导波的才能，并规划叉指型的超声导波换能器，鼓励特定波长的导波，对导波信号进行了深化的剖析。

　　测验设备：ATA-2161高压扩大器、函数发生器，压电元件、示波器、被测结构等。

　　试验运用可视化程度高的软件完成必定频率的脉冲波调制，并将正弦脉冲信号导入函数发生器，作为信号源。在输出信号时，函数发生器调理为脉冲形式，猝发周期调整为10ms，意图是防止接连地鼓励超声导波，形成超声导波信号的叠加，对后续剖析形成搅扰。函数发生器衔接ATA-2161高压扩大器，高压扩大器中引出两个信号源，其间BNC接头直接衔接示波器作为参阅信号，扩大往后的电压信号经橡胶头衔接压电元件，施加高压脉冲信号，在试验中设置脉冲波的峰－峰值为4V，高压扩大器的扩大倍数为25倍。运用紫外光固化胶粘剂衔接导线与压电元件，在此进程中应留意避开触摸不严密导致短路的状况。示波器的采样频率设置为10k，能够确保接纳信号的真实性，调理电平的巨细以取得安稳的接纳信号。此外，在设备衔接进程中需求留意，为完成设备功率的最大化，应坚持电流源的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配。测验渠道及测验进程如图1所示。

　　图2：仿真PZT圆片的阻抗图谱。插图为300kHz时PZT的径向弹性振荡模态示意图

　　首要，运用PZT陶瓷片作为驱动元件，以ＰP(VDF-TrFE)为传感器进行试验。压电陶瓷的最优作业频率在谐振频率邻近。运用软件，挑选静电场与固体力学的耦合物理场，进行频域剖析，得到在0~1MHz频域下的阻抗图谱。在频域范围内呈现三组谐振峰，图2中的两个峰对应PZT的谐振与反谐振频率，其他两组谐振峰处于较高频率，且谐振峰较小，因而首要重视的是500kHz以下的这组谐振峰。谐振频率的巨细与压电振子自身的尺度严密相关，试验中选用直径为8mm，厚度为0.4mm的圆形薄片。经过仿真成果能够直观地观测到谐振频率下压电振子的应变状况，如图2的插图中所示，此刻它的振荡模态为径向双元振荡，沿着径向发生缩短与伸长。

　　图3：300kHz的正弦脉冲波鼓励PZT圆片发生超声导波的位移场（a）X、（b）Y、（c）Z方向的重量以及（d）总位移

　　运用软件树立PZT和304不锈钢板的三维仿线kHz弦脉冲信号鼓励下，PZT作为驱动器发生的超声导波在固体介质中的传达状况，如图3。在极化方向上施加电压，PZT的压电呼应模态d31、d32、d33，在1方向和2方向具有相同的物理特性，发生相同的位移，在3方向发生的形变是笔直平板大面的离面位移，因而在Z方向发生的位移是全向型的。其总位移为各向同性，PZT圆片可当作全向型的驱动器。