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ATA-8202射频功率放大器在钢轨接头非线性超声检测中的应用

作者:Aigtek 阅读数:0 发布时间:2024-02-23 14:24:24

  实验名称:钢轨接头缺陷的非线性超声检测

  实验原理:本实验通过对螺孔裂纹进行检测,利用了非线性系统对于初始条件的敏感性,当材料、或结构有很小的改变时,也可以通过非线性超声指标进行识别,大大提高了对于微小缺陷的识别精度。本实验将采用PZT材料作为信号的激励传感器和接收传感器,激励信号经功率放大器放大后,驱动压电片在钢轨中产生超声波,同时在激发压电片附近粘贴独立的压电片作为接收传感器。其中,PZT-2为激励传感器,PZT-1和PZT-3为接收传感器,分别接收水平方向和竖直方向的谐振信号,以便更好观察响应信号不同位面的区别三个压电片的参数。

  测试设备:信号发生器、ATA-8202功率放大器、PZT、试件

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  图一实验系统原理图

  实验过程:首先需检测在无激励信号输入时,示波器上的时域响应,这是因为实验中不可避免会出现噪声,需提前对噪声的大小及影响程度有一个大致的估量。先将生成的正弦调制信号输入信号放大器,调整输入信号的长度,因为要保证输入信号不要和响应信号混杂在一起,需尽可能的扩大输入信号零输入的长度,在此,调制信号输入长度设置为两千,总输入信号设置为一万。需要注意的是,当变换输入信号后,需彻底删除前一次输入信号的残留,否则新的信号会是前后两次输入信号的混叠或交杂。信号发生器的额定电压为10V,压电材料如果利用其产生电压,则必须使通过电压差不多为两百伏,很明显单凭信号发生器不能直接使用,所以需要信号放大器将通过的电压放大。信号通过放大后,在压电片上方输入信号,在激励压电片旁设置接收压电片来接收响应信号,并接入示波器。再从示波器中提取响应信号并处理,得到时域、频域图,最后借此提取对损伤敏感的非线性参数。

  本实验选用周期数为10,频率为0.5MHz的激励信号。图三a为完好钢轨所接收到的时域信号,图三b为螺孔孔边预制1mm纹后的时域信号。可以看出,与无裂纹的相比,信号变化虽有不同,但难以直接从时域信号分析出缺陷信息。图四是响应信号经傅里叶变换、再取对数后得到的频谱图。可以发现缺陷使波形发生了畸变,输出信号中二次谐波成分变得更加明显。

  实验结果:在对实验结果进行平滑分析中,所取点数是一个关键指标,当点数太少时,起不到平滑的效果,但点数太多,可能让频幅曲线失去局部特征。图五给出了含1mm孔边裂纹钢轨试样的原始频幅曲线和5、15、25、50点平滑的结果对比图,从图中可以看出,5点平滑结果与原始频幅曲线并无明显差异,当平滑点数逐渐增加时,噪声影响降低,可以看出,50点平滑时有较好的降噪效果,但同时也保留了二次谐波的局部特征。因此,我们对所有工况,都进行50点平滑,再进行非线性参数提取。

  这里a,b分别为图五中所示基波和二次谐波频幅峰值的对数结果。求解各工况的β,并将其绘制在图六中。可见非线性参数β,随螺孔裂纹长度的增加近似呈线性关系,这表明所定义的非线性参数β可以作为表征钢轨螺孔裂纹损伤程度的指标,也为裂纹大小评估提供了依据。

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原文链接:/news/3482.html