应用案例

　　实验名称：梅花形IGW换能器性能的测试实验

　　研究方向：结构健康监测、大型工程结构的曲面板/薄板结构健康监测

　　实验目的：首先通过有限元法，研究了单个梅花形IGW换能器阵元的激励/接收频率响应特性与激励波场，还初步研究了其阵列的激励波场与接收方位性。为验证阵元及阵列性能，本章采用电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术制作换能器，再通过实验测试其激励/接收频率响应、波场位移、灵敏度、方向性等性能，并初步验证其在损伤检测中的应用效果。

　　测试设备：信号发生器、示波器、ATA-2088高压放大器、扫描式激光多普勒测振仪、微纳3D打印设备、万用表等。

　　实验过程：

　　实验平台含示波器、Aigtek电压放大器、信号发生器、PZT，及贴有单个梅花形IGW换能器阵元的铝板；换能器阵元圆心(0,0)，PZT直径10mm、位置(0,110)。信号发生器连放大器与示波器：激励频率响应实验中，放大器接换能器阵元，示波器接PZT；接收频率响应实验中，放大器接PZT，示波器接换能器阵元（平台示意图见图1）。

　　依次激励幅值10V、频率100kHz-1.5MHz（步长100kHz）的五峰窄带调制正弦信号。激励实验中，放大器输出500V接换能器阵元；接收实验中，放大器输出100V接PZT（实验实拍图见图2）。

　　图1激励实验、接收实验平台示意图

　　图2实验平台实拍图

　　实验结果：

　　1、由图3可知，激励频率100-300kHz时，激励幅值随频率升高而增大，300kHz达最大值；400kHz出现极小值，500kHz出现第二个峰值；此后幅值逐渐减小，820kHz降至最大值的50%。取fu=210kHz、fl=820kHz，计算得激励器中心频率fc=505kHz、带宽B=610kHz、相对带宽BW=120.8%，表明该换能器具备宽频带激励能力。

　　图3单个梅花形IGW换能器阵元激励的原始波形图和激励频率响应图

　　2、由图4可知，接收频率100-240kHz时，接收幅值随频率升高而减小，说明接收器谐振频率≤100kHz；240-510kHz时幅值随频率升高而增大，510kHz达极大值；此后幅值减小，750kHz降至极大值的50%。取fu=240kHz、fl=750kHz，计算得接收器中心频率fc=495kHz、带宽B=510kHz、相对带宽BW=103.0%，表明该换能器具备宽频带接收响应。

　　图4单个梅花形IGW换能器阵元接收的原始波形图和接收频率响应图

　　电压放大器推荐：ATA-2088

　　图：ATA-2088高压放大器指标参数

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