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【功率放大器应用】超声导波在完整钢轨中的衰减特性

发布:2021-03-22

实验名称:超声导波在钢轨中衰减特性研究

研究方向:研究完整钢轨中超声导波衰减与温度、应力、距离的定量关系。

实验内容:

本实验主要通过研究超声导波在完整钢轨中的衰减特性,借助有限元分析与现场实验相结合,通过过控制变量法有规律的改变诱因条件,观察固定节点处的接收信号,对接收信号进行处理,获取接收信号的峰峰值,研究导波衰减与各个诱因间的定量关系。

测试目的:超声导波衰减与各个诱因间的定量关系

测试设备:大型钢轨拉伸台、数显轨温计、任意函数发生器、功率放大器、示波器、换能器

实验过程:

实验过程.png

本实验由任意函数发生器产生激励信号,电压放大器对激励信号进行升压放大,换能器在高压激励信号的作用下产生振动,振动耦合入钢轨经过一定距离传。然后,接收换能器从钢轨中获取振动信号,将振动信号转化为电压信号,由示波器显示并保存接收换能器的电信号。需要改变钢轨的应力状态时,使用钢轨拉伸台对钢轨施加拉压应力。需要测量钢轨温度时,使用数显轨温计测量当前钢轨的温度。

实验结果:

1)当钢轨处于自由状态时,温度变化对钢轨中超声导波的衰减无明显影响。

实验结果1.png

实验结果11.png

2)导波衰减与距离的关系:仿真与现场实验所得到的超声导波衰减系数较为吻合,但仍有一定的误差。

实验结果2.png实验结果2.png

3)超声导波在钢轨传播时,导波幅值与钢轨应力呈线性关系,线性系数为2.248×10-6

实验结果3.png


关于功率放大器:

本实验采用的是Aigtek公司生产的ATA-4011型高压功率放大器,对任意函数发生器产生的信号进行放大,从而激励超声导波换能器产生振动。ATA-4011功率放大器具有高速、宽频带,输出电压高,即使是上升沿陡峭的高速脉冲信号或复杂的波形信号,也可以将其放大,最大输出电压为160Vpp,可用于激励压电变化器、压电动作执行机构等压电元件,即使对于电容性/电感性的负载也能获得良好的响应。

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