实验名称：功率放大器在管道超声导波无损检测研究中的应用

研究方向：管道超声导波无损检测研究

实验内容：利用简正模态展开法研究了波导在弯管中的散射。首先，推导了弯管中简正模态的双正交关系，在此基础上，用两部分的简正模态展开直管和弯曲部分之间界面处的位移场和应力场。然后，基于位移和应力费尔德连续性原理，将散射问题视为传递矩阵的本征问题，其解给出了界面处的模式转换。对入射在弯管上的低频纵模进行了实例研究，发现主导模式转换为L（0,1）反射和从L（0.1）到F（1,1）的模式转换。还进行了有限元模拟和实验。L（0,1）弯曲反射和模式转换F（1,1）清晰可见，与理论预测一致。对导波在弯管中的模态转换进行研究，为管道无损检测工程化打下基础

测试目的：研究弯管导波模态转变换特性

测试设备：信号发生器；功率放大器Aigtek ATA-3080；信号处理系统；自主设计的传感器；自主设计的信号接收和调理装置

放大器型号：ATA-3080功率放大器

实验过程：测试管与“双正交关系的数值验证”部分中使用的相同；该不锈钢管通过热弯曲在其中间弯曲90°。由任意函数发生器产生5周期30kHz的音脉冲串，随后由高压功率放大器（Aigtek ATA-3080）放大。然后，将放大信号发送到发射换能器，以激发管道中的纵向导波。弱导波信号由接收换能器感测，并在由数据采集系统采集之前进行预放大和高通滤波。发射和接收传感器放置在管道的同一端。采用磁致伸缩贴片换能器。四条长度为70 mm、宽度为5 mm、厚度为0.15 mm的预磁化铁钴合金条在圆周上等距排列，并用环氧树脂胶纵向粘合在管道上。一个40 fnger电磁线圈缠绕在贴片上，用于传输和接收信号。

测试结果："L（0,1）弯曲反射明显位于两个连续末端反射的中间，这是因为弯曲位于管道的中间。还观察到模式转换F（1,1），这可以简单地通过其传播时间来证实。L（0,1）端反射（图10中的波形1）与其连续F（1,1）波形（图10的波形2）之间的时间差为~0.33毫秒。对于一个往返行程，入射L（0,1）两次（前后）穿过弯道，因此从L（0.1）到F（1,1）的模式转换发生两次。波形2是L（0,1）模式传播回来时的散射F（1,1）模。根据色散曲线（见图2），波形1和2之间的理论时间差为0.3 ms，与实验结果吻合良好。

图中第一个 L（0,1）弯曲反射与第一个 L端部反射的振幅比为~0.2。在该脉冲回波实验配置中，图中的第一个弯曲反射实际上是第二个弯曲反射，因为第一个弯曲反射被初始脉冲掩盖，无法区分。因此，第一个L（0,1）弯曲反射也由两个L（1,0）弯曲反射组成。因此，约10%的入射L（0,1）模式由弯曲反射。总之，显著的反射L（0,1）和模式转换F（1,1）模式在弯曲处散射，且约10%的入射L（0，1）模式由弯曲反射的实验结果与数值模拟吻合良好，从而验证了理论预测。"

放大器在该实验中发挥的效能：提高激发信号功率

功率放大器ATA-3080功率放大器参数指标：

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