应用案例

【概述】

某研究团队使用ATA-2000系列高压放大器，搭建压电超声实验系统。

组合结构是一种重要的结构形式，应用十分广泛。对于组合结构而言，钢材与混凝土之间的粘结作用是保证两者能够协同工作的前提，一旦粘结作用消失，会对组合结构的安全使用带来严重威胁。因此，利用有效的检测方法及时准确地对组合结构的脱粘状态进行监测是至关重要的。目前，利用压电波动法对组合结构的使用状态进行评估已取得丰硕的成果。但是，由于传统的线性超声检测方法对组合结构界面早期脱粘损伤并不敏感，迫切需要更为敏感的组合结构界面早期脱粘损伤的识别方法。振动声调制技术（Vibro-acousticmodulation,VAM）是一种基于非线性声学理论的检测技术，能够识别微米甚至纳米级损伤。此次主要以钢板-混凝土组合板（steel-concretecompositeslab,SCCS）早期脱粘损伤识别为研究对象，将压电陶瓷与VAM技术相结合，实现两个声场在损伤部位发生非线性调制，利用非线性VAM原理推导出损伤指标，对脱粘损伤进行识别和损伤趋势的定量评估。

通过研究VAM技术在SCCS早期脱粘损伤监测方面的应用，对得到的传感信号进行时频域分析，并根据声学非线性理论推导，得到用于表征损伤的特定参数，实现对SCCS早期脱粘损伤识别和评估的目标。根据关于混频声场下理论推导以及相关的仿真计算，得出SCCS在粘结良好状态下，损伤非线性不明显，得到的传感信号时频域图表现为两个声场的线性叠加；当SCCS中出现脱粘损伤后，其非线性显著增强，在损伤部位发生调制效应。根据理论分析结果，设计并搭建VAM监测系统，依托该试验平台进行相关研究，进而验证VAM方法对SCCS早期脱粘损伤具有检测效果。利用非线性VAM技术对SCCS脱粘损伤进行检测并得到相应的非线性参数是试验的关键，要求非线性参数能够反映损伤状态还可以排除试验平台的非线性影响。研究表明，基于非线性VAM的监测算法能够有效识别微米级脱粘损伤，且对激励参数具有鲁棒性，为组合结构界面健康监测提供了高灵敏度的无损检测手段。

实验名称：基于非线性压电超声的组合结构界面脱粘监测方法研究

实验原理：原理是基于非线性压电超声技术中的振动声调制（Vibration-AcousticModulation,VAM）方法，旨在检测钢板-混凝土组合板（SCCS）界面的早期脱粘损伤。其核心原理是通过同时施加低频（LF）和高频（HF）声波激励信号，利用损伤界面处非线性接触效应引发的调制现象，提取与损伤相关的特征参数。具体而言，LF信号（如1.5kHz）作为泵浦波，通过激振器施加于结构表面，引发脱粘界面的周期性开合振动；HF信号（如50kHz）作为探测波，由压电陶瓷（PZT）激发并沿结构表面传播。当HF波经过脱粘损伤区域时，受LF驱动的界面非线性振动会对其传播路径和能量分布产生调制作用，导致高频信号频谱中出现旁频分量（fHF±nfLF，n为整数），其幅值大小与界面损伤程度直接相关。

实验框图：

实验过程：首先在浇筑混凝土之前，于钢板表面确定损伤位置并喷涂黄油以模拟界面脱粘，同时将压电陶瓷传感器粘贴在钢板外表面的指定位置，用于信号的激发与接收。随后，搭建振动声调制监测系统，该系统包含激振器、函数发生器、功率放大器、示波器以及压电陶瓷片等关键设备。通过理论分析和仿真计算，选定低频（LF）和高频（HF）信号的频率与幅值。利用激振器产生低频信号，压电陶瓷片产生高频信号，这些信号在组合结构界面处相互作用，模拟损伤部位的非线性调制效应。接着，通过示波器采集压电陶瓷片接收到的传感信号，并对信号进行时频域分析，提取用于损伤识别的特征参数。最终，依据非线性超声理论，分析所提取特征参数的变化，实现对损伤的存在及其程度的识别。

应用方向：细胞分选，无损检测，介电电泳，电致发光器件测试

应用场景：非线性超声技术，振动声调制（VAM），早期脱粘监测，非线性特征参数，损伤评估算法，有限元分析，组合结构界面脱粘，压电陶瓷，钢板-混凝土组合板（SCCS）

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高电压输出能力——驱动PZT产生高强度高频探测波，保障脱粘界面非线性调制效应显著

二、宽频带与高压摆率——精准匹配信号放大需求，保障VAM调制效应稳定激发

三、低失真与高输出稳定性——保障健康/损伤试件多工况对比实验的激励一致性

【推荐产品】：ATA-2000系列高压放大器

图：ATA-2000系列高压放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。

原文链接：https://www.aigtek.com/news/4396.html