实验名称：功率放大器在干耦合超声信号检测系统研究中的应用

研究方向：超声波检测

实验内容：

干耦合超声波检测由于耦合方式不同，所使用的探头与常规超声探头不同，其结构主要包括压电陶瓷振子、变幅杆、匹配电路和外部工装。探头的核心部件是三叠片压电陶瓷振子，该振子中间为金属圆盘，两边为压电陶瓷片，这种结构可明显改善探头的机械和机电耦合性能。

外加电场方向与一个压电陶瓷圆片极化方向相同，而与另一个圆片的极化方向相反，当振子受外场激励时，一个圆片产生伸张效应，另一个产生收缩应变，结果就使整个双层圆片发生弯曲应变

实验设备：

ATA-4051高压功率放大器、信号发生器、示波器

实验过程：

检测时，两探头置于试件缺陷区域的两侧，并通过相同质量块进行加压固定，使探头中压电陶瓷片、前端变幅杆及被检测试件之间接触良好。该方法采用双探头一发一收检测方式，发射探头产生的超声波经被检测材料被接收探头接收，并在示波器上显示，根据接收信号幅值、能量及频谱等参数对缺陷进行定征。干耦合探头前端使用了细长的变幅杆，和结构近似于点接触，这种接触方式势将会使超声波的入射效率大为降低，而且造成严重的能量损失，主要包括能量的衰减和能量的泄露两种。

单层薄板结构中Lamb波主要在上下表面之间传播，假设板的厚度保持不变，超声波能量的衰减由传播距离L决定，其表达式为QL=Q0e-2αL

激励波形不同，检测过程中激发的超声Lamb波频带带宽和周期数不同，而这些都是影响损伤检测的重要因素，

由于压电陶瓷片是一个弹性体，因此存在谐振频率。当外界作用的频率等于谐振频率时，压电陶瓷片就产生机械谐振，谐振时振子的振幅最大，弹性能量也最大。

不同波数的选取对检测结果的影响很大，对于低于200kHz的Lamb波，每个周期模态的时间相对较长，因而不易选取周期数较多的信号，否则较容易与回波信号叠加在一起不利于分析。

实验结果：

1）干耦合超声检测过程中，脱粘和未脱粘区域能量泄露存在区别，可以根据接收检测信号的能量来判断缺陷的存在与否。

2）不同激励信号作用于干耦合超声波探头，导致检测信号的中心频率、带宽、能量集中性等都有所不同，引入的品质因数Q值和能量E值可作为选择最优激励信号的依据。

3）针对不同的检测对象，选用的激励波形、波数、频率等参数都有所不同，对于玻璃纤维/丁腈橡胶两层粘接板，宜选用5周期汉宁窗调制正弦波作为干耦合超声检测的激励波形。

4）由于结构中超声Lamb波传播过程比较复杂，影响接收信号能量、带宽等特征参数的因素很多，比如边界、试件中界面的波形转换等，下一步需对这些问题进行更深入的分析。

放大器在该实验中发挥的效能：将函数发生器中的电压信号放大

功率放大器ATA-4051参数指标：

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