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功率放大器在Lamb波信号波包模型验证研究中的应用

作者:Aigtek 阅读数:0 发布时间:2024-02-27 10:18:08


  实验名称:窄带激励条件下的兰姆波时域信号参数估计研究

  研究方向:Lamb波

  测试目的:

  基于Lamb波的二阶频散理论,提出了时域信号的波包模型,为全文奠定理论基础。模型考虑两种情况:初始激励以单模态传播和由模态转换现象引起的双模态传播。在模型推导过程中,明确地给出了模型参数、传播距离、频散特征之间的解析关系。在时-频域内,通过实验信号或(和)数值模拟信号对模型进行了验证。

  利用信号波包模型,将信号处理过程中的反卷积问题转化为参数估计问题。为解决参数估计问题,提出了一种基于期望-最大化算法的Lamb波信号处理技术,用于对信号参数进行估计。通过合成信号,对该信号处理方法的收敛性、抗噪声能力以及参数估计结果可靠性进行了验证。同时,利用实验测量信号或(和)数值模拟信号,验证了单模态传播模型中各参数与传播距离、频散特征间的关系,并利用其关系提出了一种从信号中提取模态频散特征的方法。

  测试设备:ATA-2022功率放大器、信号采集卡、信号输出卡、电脑。

  实验过程:

被测铝板

传感器及用于激发AO和SO模态初始激励的外接电路示意图

图:(a)被测铝板;(b)传感器及用于激发AO和SO模态初始激励的外接电路示意图

  如图上图a所示2024铝板厚度为2mm两个传感器对相距36.0cm。在本次试验中,1号点上下对称粘贴的传感器对被用作激励器,2号点的上表面传感器被用作接收器。每个传感器点包含两个尺寸一致且上下表面对称粘贴的PZT-5H圆形压电晶片,其厚度为0.2mm直径为10.0mm。采用上图b所示的外接电路分别对上下传感器施加同相和反相电场,以激发出“单纯”的S0模态和A0模态的初始激励。

实验设备

2:实验设备

  实验的外接电路和控制单元如图2所示。其中,控制软件由自编的Labview程序完成,负责控制激励信号的生成和数据的同步采集。同时,根据激励情况对信号进行带通滤波处理(例如当激励信号的中心频率为140KHz时,可将带通设为20KHz〜600KHz在不对信号造成影响的前提下,避免电磁干扰对信号的影响)。激励信号由信号输出板卡生成,输出信号经由ATA-2022功率放大器放大后驱动激励单元,信号采集板卡负责弹性波信号采集。

数值模拟模型

3:数值模拟模型

  基于平面应变假设,用ABAQUS有限元软件针对如图3所示的模型进行模拟。在A点的上表面At处和下表面Ab处分别施加对称和反对称载荷以激励出A0和SO两种模态的初始激励B点应力的历史输出即为采样信号。在模拟过程中,为保证结果的精确性,采用实体单元,划分网格密度为0.2mm。材料参数为上文所提到的2024铝板参数,模型厚度为2.0mm长度为1.0mA点与B点间距为36.0cm。

  实验结果:

2mm铝板中传播36cm的Lamb波波包

  图:2mm铝板中传播36cm的Lamb波波包,A0模态:(a)合成信号;(b)数值模拟信号;(c)实验信号。S0模态:(d)合成信号;(e)数值模拟信号;(f)实验信号。

  对比信号波形可以发现:虽然三种信号在抵达时间和时间跨度上呈现出相似的特征,但是波形的具体细节有所差别,主要体现在相位上。这是因为:在构建合成信号时,并未将相速度予以考虑,因此造成的相位的差别。

  安泰ATA-2022B高压放大器

ATA-2022B高压放大器

图:ATA-2022B高压放大器指标参数

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